Python面试题：在 Python 中，如何实现一个 LRU（最近最少使用）缓存？

码农超哥同学2024-07-16 22:27

在 Python 中，可以使用 collections.OrderedDict 或 functools.lru_cache 来实现一个 LRU（最近最少使用）缓存。functools.lru_cache 是一个内置装饰器，可以直接用于缓存函数的结果。而如果你想实现一个自定义的 LRU 缓存，可以使用 collections.OrderedDict。

下面是使用 collections.OrderedDict 实现一个简单的 LRU 缓存的示例：

python 复制代码

from collections import OrderedDict

class LRUCache:
    def __init__(self, capacity: int):
        self.cache = OrderedDict()
        self.capacity = capacity

    def get(self, key: int) -> int:
        if key not in self.cache:
            return -1
        else:
            self.cache.move_to_end(key)  # 将访问的key移动到末尾
            return self.cache[key]

    def put(self, key: int, value: int) -> None:
        if key in self.cache:
            self.cache.move_to_end(key)
        self.cache[key] = value
        if len(self.cache) > self.capacity:
            self.cache.popitem(last=False)  # 弹出最左侧（最旧）的元素

# 使用示例
lru_cache = LRUCache(2)
lru_cache.put(1, 1)
lru_cache.put(2, 2)
print(lru_cache.get(1))  # 返回 1
lru_cache.put(3, 3)      # 移除键 2
print(lru_cache.get(2))  # 返回 -1 (未找到)
lru_cache.put(4, 4)      # 移除键 1
print(lru_cache.get(1))  # 返回 -1 (未找到)
print(lru_cache.get(3))  # 返回 3
print(lru_cache.get(4))  # 返回 4

在这个实现中，LRUCache 类使用 OrderedDict 来保持插入元素的顺序。put 方法在插入新元素时，如果超过容量限制，则移除最旧的元素。get 方法在访问元素时，将其移动到末尾，以表示最近访问。

此外，如果你希望更方便地使用 LRU 缓存，可以直接使用 functools.lru_cache 装饰器。以下是一个示例：

python 复制代码

from functools import lru_cache

@lru_cache(maxsize=2)
def some_expensive_function(n):
    print(f"Computing {n}")
    return n * n

# 使用示例
print(some_expensive_function(2))  # 输出 "Computing 2" 和 4
print(some_expensive_function(3))  # 输出 "Computing 3" 和 9
print(some_expensive_function(2))  # 直接输出 4，不会打印 "Computing 2"
print(some_expensive_function(4))  # 输出 "Computing 4" 和 16
print(some_expensive_function(3))  # 再次计算 3，因为之前的结果已被移除

使用 lru_cache 装饰器，可以轻松为函数添加缓存功能，并且不需要手动管理缓存的逻辑。maxsize 参数指定了缓存的最大容量。