146. LRU 缓存机制
1. 问题描述
运用你所掌握的数据结构，设计和实现一个 LRU (最近最少使用) 缓存机制 。
实现 LRUCache 类：
- LRUCache(int capacity) 以正整数作为容量 capacity 初始化 LRU 缓存
- int get(int key) 如果关键字 key 存在于缓存中，则返回关键字的值，否则返回 -1 。
- void put(int key, int value) 如果关键字已经存在，则变更其数据值；如果关键字不存在，则插入该组「关键字-值」。当缓存容量达到上限时，它应该在写入新数据之前删除最久未使用的数据值，从而为新的数据值留出空间。
示例：
代码语言：javascript复制输入
["LRUCache", "put", "put", "get", "put", "get", "put", "get", "get", "get"]
[[2], [1, 1], [2, 2], [1], [3, 3], [2], [4, 4], [1], [3], [4]]
输出
[null, null, null, 1, null, -1, null, -1, 3, 4]
解释
LRUCache lRUCache = new LRUCache(2);
lRUCache.put(1, 1); // 缓存是 {1=1}
lRUCache.put(2, 2); // 缓存是 {1=1, 2=2}
lRUCache.get(1); // 返回 1
lRUCache.put(3, 3); // 该操作会使得关键字 2 作废，缓存是 {1=1, 3=3}
lRUCache.get(2); // 返回 -1 (未找到)
lRUCache.put(4, 4); // 该操作会使得关键字 1 作废，缓存是 {4=4, 3=3}
lRUCache.get(1); // 返回 -1 (未找到)
lRUCache.get(3); // 返回 3
lRUCache.get(4); // 返回 4
2. 题解
要在O(1)时间复杂度完成这两种操作，我们想到的使用HashMap来进行操作，而且参考LRUCache的特性，需要对元素进行移动或者删除，首选的是双向链表。
- 定义一个HashMap 用来存储k-v
- 定义一个双向链表，用来把所有的元素连接起来
- get操作
- 根据key获取value
- 把对应的双向链表中的节点移动到双向链表的头部
- put操作
- 若key不在之前的hashMap中，则新创建节点，并把节点移动到双向链表头部。若链表大小超过了容量，删除双向链表的尾部节点，并在hashMap中删除对应的key
- 若key在hashMap中，则更新value，并把节点移动至双向链表的头部。
3. 参考代码
代码语言：javascript复制class LRUCache {
class DLinkNode{
int key;
int value;
DLinkNode prev;
DLinkNode next;
public DLinkNode(){
}
public DLinkNode(int _key, int _value) {
key = _key;
value = _value;
}
}
private HashMap<Integer,DLinkNode> cache = new HashMap<>();
private int size;
private int capacity;
private DLinkNode head;
private DLinkNode tail;
public LRUCache(int capacity) {
this.size = 0;
this.capacity = capacity;
head = new DLinkNode();
tail = new DLinkNode();
head.next = tail;
tail.prev = head;
}
public int get(int key) {
DLinkNode node = cache.get(key);
if (node == null) {
return -1;
}
moveToHead(node);
return node.value;
}
public void put(int key, int value) {
DLinkNode node = cache.get(key);
if (node == null) {
DLinkNode newNode = new DLinkNode(key, value);
cache.put(key, newNode);
addToHead(newNode);
size ;
if (size > capacity) {
DLinkNode tail = removeTail();
cache.remove(tail.key);
size--;
}
} else {
node.value = value;
moveToHead(node);
}
}
private void addToHead(DLinkNode node) {
node.prev = head;
node.next = head.next;
head.next.prev = node;
head.next = node;
}
private void removeNode(DLinkNode node) {
node.prev.next = node.next;
node.next.prev = node.prev;
}
private void moveToHead(DLinkNode node) {
removeNode(node);
addToHead(node);
}
private DLinkNode removeTail() {
DLinkNode res = tail.prev;
removeNode(res);
return res;
}
}
