146. LRU 缓存机制

难度:中等

题目描述

设计和实现一个 LRU (最近最少使用) 缓存机制。它应该支持以下操作:获取数据 get 和写入数据 put

  • 获取数据 get(key):如果密钥 (key) 存在于缓存中,则获取密钥的值(总是正数),否则返回 -1。
  • 写入数据 put(key, value):如果密钥不存在,则写入其数据值。当缓存容量达到上限时,它应该在写入新数据之前删除最近最少使用的数据值,从而为新的数据值留出空间。

示例

javascript 复制代码
let cache = new LRUCache(2); // 缓存容量为2

cache.put(1, 1);
cache.put(2, 2);
cache.get(1);       // 返回  1
cache.put(3, 3);    // 该操作会使得密钥 2 作废
cache.get(2);       // 返回 -1 (未找到)
cache.put(4, 4);    // 该操作会使得密钥 1 作废
cache.get(1);       // 返回 -1 (未找到)
cache.get(3);       // 返回  3
cache.get(4);       // 返回  4

为什么推荐这道题

  1. 这是一个经典的前端面试题,考察对数据结构的理解
  2. 需要结合哈希表和双向链表来实现高效操作
  3. 能够练习 JavaScript 的 Map 或 Object 的使用
  4. 理解缓存机制对前端性能优化很有帮助

解题思路提示

  1. 使用 Map 来存储键值对(Map 能记住键的原始插入顺序)
  2. 当获取一个键时,先删除再重新插入以更新其使用顺序
  3. 当插入新键值对且容量已满时,删除 Map 中的第一个键(即最久未使用的)

LRU 缓存机制的 JavaScript 实现

以下是使用 JavaScript 的 Map 数据结构实现的 LRU 缓存解决方案:

javascript 复制代码
class LRUCache {
  constructor(capacity) {
    this.capacity = capacity;
    this.cache = new Map(); // 使用Map保存键值对,Map会记住键的原始插入顺序
  }

  get(key) {
    if (!this.cache.has(key)) {
      return -1;
    }
    // 获取值
    const value = this.cache.get(key);
    // 删除并重新插入,以更新其为最新使用
    this.cache.delete(key);
    this.cache.set(key, value);
    return value;
  }

  put(key, value) {
    // 如果键已存在,先删除
    if (this.cache.has(key)) {
      this.cache.delete(key);
    } 
    // 设置新值
    this.cache.set(key, value);
    // 如果超出容量,删除最久未使用的(即Map中的第一个键)
    if (this.cache.size > this.capacity) {
      const firstKey = this.cache.keys().next().value;
      this.cache.delete(firstKey);
    }
  }
}

使用构造函数实现的 LRU 缓存

以下是使用传统构造函数和原型链方式实现的 LRU 缓存方案:

javascript 复制代码
function LRUCache(capacity) {
  this.capacity = capacity;
  this.cache = new Map(); // 使用Map保存键值对,Map会记住键的原始插入顺序
}

LRUCache.prototype.get = function(key) {
  if (!this.cache.has(key)) {
    return -1;
  }
  // 获取值
  const value = this.cache.get(key);
  // 删除并重新插入,以更新其为最新使用
  this.cache.delete(key);
  this.cache.set(key, value);
  return value;
};

LRUCache.prototype.put = function(key, value) {
  // 如果键已存在,先删除
  if (this.cache.has(key)) {
    this.cache.delete(key);
  } 
  // 设置新值
  this.cache.set(key, value);
  // 如果超出容量,删除最久未使用的(即Map中的第一个键)
  if (this.cache.size > this.capacity) {
    const firstKey = this.cache.keys().next().value;
    this.cache.delete(firstKey);
  }
};
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