面试热题(LRU缓存)

请你设计并实现一个满足 LRU (最近最少使用) 缓存 约束的数据结构。

实现 LRUCache 类:

  • LRUCache(int capacity)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 key 已经存在,则变更其数据值 value ;如果不存在,则向缓存中插入该组 key-value 。如果插入操作导致关键字数量超过 capacity ,则应该 逐出 最久未使用的关键字。

函数 getput 必须以 O(1) 的平均时间复杂度运行。

由于我们在维护key-value键值对的同时,还要注意它们的入队顺序,所以用普通的Map肯定是不行的(因为我亲身体验过)

所以我们需要一个可以自动的维护顺序的数据结构才能处理本题,所以LinikedHashMap肯定是最好的选择,在我们在刷题的时候,其实LinkedHashMap其实是不太常见的,先在这里给大家科普一下:

LinkedHashMap是一种集合类型,它实现了Map接口,并且通过双向链表维护了插入顺序或者访问顺序,与常规的HashMap相比,LinkedHashMap保持了键值对的插入顺序或访问顺序,这使得它非常适合在按需要按照顺序访问元素的场景中使用

所以要手动的去构建一个结构体,构造方法必不可少

java 复制代码
     LinkedHashMap<Integer,Integer> map=new LinkedHashMap<>();
    private int capacity;//容量
    public LRUCache(int capacity) {
        this.capacity=capacity;
    }

在我们使用的过程中,对于最新访问的key-value,我们无需对其顺序进行改变,但是如果我们去访问了一个比较使用时间过长的key-value,那么每次都要对其键值进行删除增加,这给代码带来非常差的可读性,所以我们应该重新声明一个方法(最近使用recently)

java 复制代码
   public void recently(int key){
        int val=map.get(key);
        map.remove(key);
        map.put(key,val);
    }

通过key值去获得value的值,如果没有的话直接返回-1,获取值也是一种操作,证明这个key是刚使用过的,所以直接调用函数recnetly()

java 复制代码
    public int get(int key) {
        if(!map.containsKey(key)){
            return -1;
        }
        recently(key);
        return map.get(key);
    }

如果往进put的时候,如果map的key的数量超过capacity,那就直接删除最早进来的key(很久没有使用的key值),直接提升为最近使用,如果没有直接加入

java 复制代码
 public void put(int key, int value) {
        if(map.containsKey(key)){
            map.put(key,value);
            recently(key);
            return;
        }
        if(map.size()>=capacity){
            map.remove(map.keySet().iterator().next());
        }
        map.put(key,value);
    }

在这里给大家着重说明一下keySet().iterator().next()的功能:

keySet():返回LinkedHashMap中的所有键的集合,该方法将返回一个Set的对象,其中包含所有的键

iterator():返回一个迭代器,用于遍历集合中的元素,在这种情况下,我们获取到的是键集合的迭代器,以便逐个访问键

next():迭代器的方法之一,用于获取下一个元素,由于我们希望获得第一个键,所以该操作将返回集合中的第一个元素

用迭代器遍历集合,当集合初始值不为空时,遍历的过程中是不会抛出异常的,因为集合遍历时用的fail-safe机制,每次遍历的时候,都是拿的原集合一个快照进行遍历,如果当遍历的时候有人对集合进行增删,结果可能就出现了问题

源码借鉴:

java 复制代码
  LinkedHashMap<Integer,Integer> map=new LinkedHashMap<>();
    private int capacity;
    public LRUCache(int capacity) {
        this.capacity=capacity;
    }

    public int get(int key) {
        if(!map.containsKey(key)){
            return -1;
        }
        recently(key);
        return map.get(key);
    }

    public void put(int key, int value) {
        if(map.containsKey(key)){
            map.put(key,value);
            recently(key);
            return;
        }
        if(map.size()>=capacity){
            map.remove(map.keySet().iterator().next());
        }
        map.put(key,value);
    }
    public void recently(int key){
        int val=map.get(key);
        map.remove(key);
        map.put(key,val);
    }
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