问题
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) 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 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 get 和 put 必须以 O(1) 的平均时间复杂度运行。
设计一个链表，链表的长度固定，将最近访问到的节点放在链表的头部，刚刚插入的节点也放在链表的头部
思路
使用双向链表+哈希表
为什么要用双向链表+哈希表?
在将某个节点移到链表头的时候，需要知道该节点的前一个节点和后一个节点，使前一个节点的尾指针指向后一个节点的头指针。
使用哈希表是为了检索的效率O（1）
双向链表的数据结构？
java
class ListNode{
int key;
int value;
ListNode prev,next;//前后指针
public ListNode(){}
public ListNode(int key,int value){
this.key = key;
this.value = value;
}
}初始化LRU缓存
java
public class LRUCache {
int capacity;
Map<Integer, ListNode> map;
ListNode head;
ListNode tail;
public LRUCache(int capacity) {
this.capacity = capacity;
map = new HashMap<>();
head = new ListNode();
tail = new ListNode();
head.next = tail;
tail.prev = head;
}
}
在初始化map和缓存容量的同时，新建头尾节点，方便后续的操作
获取值
java
public int get(int key) {
if (map.containsKey(key)){
ListNode listNode = map.get(key);
//将key对应的节点插入到链表头
deleteAndMoveHead(listNode);
return listNode.value;
}
return -1;
}
private void deleteAndMoveHead(ListNode listNode) {
listNode.prev.next = listNode.next;
listNode.next.prev= listNode.prev;
moveHead(listNode);
}
private void moveHead(ListNode listNode) {
listNode.next = head.next;
listNode.next.prev = listNode;
head.next = listNode;
listNode.prev = head;
}插入值
java
public void put(int key, int value) {
if (map.containsKey(key)){
ListNode listNode = map.get(key);
listNode.value = value;
deleteAndMoveHead(listNode);
}else {
if (map.size() == capacity){
//删除尾节点
moveTail();
}
//将新节点插入到头部
ListNode listNode = new ListNode(key, value);
moveHead(listNode);
map.put(key,listNode);
}
//删除尾节点
private void moveTail() {
ListNode lastNode = tail.prev;
lastNode.prev.next = tail;
tail.prev = lastNode.prev;
head.prev = tail.prev;
map.remove(lastNode.key);
}
最终代码
java
package com.dj.mall.algorithm;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
public class LRUCache {
int capacity;
Map<Integer, ListNode> map;
ListNode head;
ListNode tail;
public LRUCache(int capacity) {
this.capacity = capacity;
map = new HashMap<>();
head = new ListNode();
tail = new ListNode();
head.next = tail;
tail.prev = head;
}
public int get(int key) {
if (map.containsKey(key)){
ListNode listNode = map.get(key);
//将key对应的节点插入到链表头
deleteAndMoveHead(listNode);
return listNode.value;
}
return -1;
}
private void deleteAndMoveHead(ListNode listNode) {
listNode.prev.next = listNode.next;
listNode.next.prev= listNode.prev;
moveHead(listNode);
}
private void moveHead(ListNode listNode) {
listNode.next = head.next;
listNode.next.prev = listNode;
head.next = listNode;
listNode.prev = head;
}
public void put(int key, int value) {
if (map.containsKey(key)){
ListNode listNode = map.get(key);
listNode.value = value;
deleteAndMoveHead(listNode);
}else {
if (map.size() == capacity){
//删除尾节点
moveTail();
}
//将新节点插入到头部
ListNode listNode = new ListNode(key, value);
moveHead(listNode);
map.put(key,listNode);
}
}
//删除尾节点
private void moveTail() {
ListNode lastNode = tail.prev;
lastNode.prev.next = tail;
tail.prev = lastNode.prev;
head.prev = tail.prev;
map.remove(lastNode.key);
}
public static void main(String[] args) {
LRUCache lRUCache = new LRUCache(2);
lRUCache.put(2, 1); // 缓存是 {1=1}
lRUCache.put(2, 2); // 缓存是 {1=1, 2=2}
System.out.println(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}
System.out.println(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}
System.out.println(lRUCache.get(1));//-1
System.out.println(lRUCache.get(3));//3
System.out.println(lRUCache.get(4));//4
}
}
//自定义双向链表的每一个节点
class ListNode{
int key;
int value;
ListNode prev,next;
public ListNode(){}
public ListNode(int key,int value){
this.key = key;
this.value = value;
}
}