【面经 每日一题】面试题16.25.LRU缓存(medium)

每日一题

• 面试题16.25.LRU缓存
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  • 代码
  • 复杂度分析
  • • 注意：

面试题16.25.LRU缓存

一张图秒懂 LRU！

问：需要几个哨兵节点？

答：一个就够了。一开始哨兵节点 dummy 的 prev 和 next 都指向 dummy。随着节点的插入，dummy 的 next 指向链表的第一个节点（最上面的书），prev 指向链表的最后一个节点（最下面的书）。

问：为什么节点要把 key 也存下来？

答：在删除链表末尾节点时，也要删除哈希表中的记录，这需要知道末尾节点的 key。

代码

public class LRUCache {
    private static class Node {
        int key, value;
        Node prev, next;

        Node(int k, int v) {
            key = k;
            value = v;
        }
    }

    private final int capacity;
    private final Node dummy = new Node(0, 0); // 哨兵节点
    private final Map<Integer, Node> keyToNode = new HashMap<>();

    public LRUCache(int capacity) {
        this.capacity = capacity;
        dummy.prev = dummy;
        dummy.next = dummy;
    }

    public int get(int key) {
        Node node = getNode(key);
        return node != null ? node.value : -1;
    }

    public void put(int key, int value) {
        Node node = getNode(key);
        if (node != null) { // 有这本书
            node.value = value; // 更新 value
            return;
        }
        node = new Node(key, value); // 新书
        keyToNode.put(key, node);
        pushFront(node); // 放在最上面
        if (keyToNode.size() > capacity) { // 书太多了
            Node backNode = dummy.prev;
            keyToNode.remove(backNode.key);
            remove(backNode); // 去掉最后一本书
        }
    }

    private Node getNode(int key) {
        if (!keyToNode.containsKey(key)) { // 没有这本书
            return null;
        }
        Node node = keyToNode.get(key); // 有这本书
        remove(node); // 把这本书抽出来
        pushFront(node); // 放在最上面
        return node;
    }

    // 删除一个节点（抽出一本书）
    private void remove(Node x) {
        x.prev.next = x.next;
        x.next.prev = x.prev;
    }

    // 在链表头添加一个节点（把一本书放在最上面）
    private void pushFront(Node x) {
        x.prev = dummy;
        x.next = dummy.next;
        x.prev.next = x;
        x.next.prev = x;
    }
}

复杂度分析

时间复杂度：所有操作均为 O(1)。

空间复杂度：O(min(p,capacity))，其中 p 为 put 的调用次数。

注意：

内部类（如Node）声明为static

在Java中，内部类（如Node）若声明为static，则不持有外部类（LRUCache）的引用。如果Node是非static（如原代码中的public class Node），则每个Node对象会隐式关联到一个LRUCache实例，导致：

内存泄漏风险：当LRUCache实例被销毁后，Node对象因持有外部类引用而无法被垃圾回收。

不必要的依赖：Node本身仅需存储键值和链表指针，无需访问LRUCache的实例字段（如capacity或dummy）。

思考引导：

如果Node是非static，当调用LRUCache cache = new LRUCache(10);后，cache被设为null，但Node对象仍因持有cache引用而无法回收。这会导致什么后果？

如果Node是非static（即默认内部类），当LRUCache实例被销毁后，Node对象仍隐式持有该实例的引用，导致垃圾回收器无法回收Node对象。后果是：内存持续泄漏，应用占用内存不断增长，最终可能引发OutOfMemoryError（内存溢出）。

（例如：频繁创建/销毁LRUCache实例时，内存泄漏会加速系统崩溃。）