简单LRU的实现(基于LinkedHashMap)

主播今天刷leetcode刷到146.LRU缓存，并对LinkedHashMap的源码展开了学习，给大家分享一下：

先简单介绍一下题目要求，所谓LRU就是一个简单的缓存，比如说存入了[1,1],[2,2]，然后我根据键值获取对应的值并对其加1，获取了[2,2]那么就把[2,2]放到容器尾部，并且将值加1，容器内部由[1,1],[2,2]变为[2,3],[1,1]，并且如果LRU是有大小的，如果超出大小在添加元素后时需要舍弃最不常使用的元素的，具体的要求大家可以去看leetcode官网上面。

容器最重要的两个性能就是存入和取出的时间复杂度，我们想把这个时间复杂度压缩到O(1)，因此我们对于数据结构的选择是哈希表和双向链表，每次添加新元素就会把他放在队尾，老元素被访问也会被移动到队尾，哈希表保证取数据的速度，双向链表则是方便我们对数据进行移动操作，同时在添加新元素的时候时间复杂度也是O(1)因为是在仅队尾一侧进行添加的。

选择完数据结构，再给大家介绍一下Java为我们提供的集合类LinkedHashMap，他的底层数据结构是链表、红黑树加数组，就是HashMap的基础上按照一定规则维护了一个有序的链表，这个链表的顺序有两种，一种是根据我们插入元素的顺序，而另一种则是根据我们访问的顺序，我们可以通过在构造方法中通过boolean值进行选择，false是根据插入顺序，true是根据访问顺序。和我们的需求简直天作地设。

对于LinkedHashMap，对其进行数据的插入和删除时，会通过三个回调函数来进行链表的维护：

void afterNodeAccess(Node<K,V> p) ：在开启根据访问顺序调整链表后，这个方法会在访问数据后，将被访问的数据移动到链表尾部；

void afterNodeRemoval(Node<K,V> p)：其作用就是在删除元素之后，将元素从双向链表中删除，还是非常建议大家去看看这个函数的，很优美的方式在双向链表中删除节点；

void afterNodeInsertion(boolean evict) ：在插入元素后，用回调函数判断是否需要删除一些元素（因为对于容器的大小有限制）；

对于LinkedHashMap，它有两种构造函数：

java 复制代码

/**
 * //调用父类HashMap的构造方法。
 * Constructs an empty insertion-ordered <tt>LinkedHashMap</tt> instance
 * with the default initial capacity (16) and load factor (0.75).
 */
public LinkedHashMap() {
    super();
    accessOrder = false;
}
// 这里的 accessOrder 默认是为false，如果要按读取顺序排序需要将其设为 true
// initialCapacity 代表 map 的 容量，loadFactor 代表加载因子 (默认即可)
public LinkedHashMap(int initialCapacity, float loadFactor, boolean accessOrder) {
    super(initialCapacity, loadFactor);
    this.accessOrder = accessOrder;
}

一个默认的就是调用HashMap的构造方法同时调整为根据插入顺序维护链表，另一个是自己对大小，负载因子，链表维护模式。

对于LinkedHashMap中的关键方法afterNodeInsertion是这样的：

java 复制代码

// 在插入一个新元素之后，如果是按插入顺序排序，即调用newNode()中的linkNodeLast()完成
// 如果是按照读取顺序排序，即调用afterNodeAccess()完成
// 那么这个方法是干嘛的呢，这个就是著名的 LRU 算法啦
// 在插入完成之后，需要回调函数判断是否需要移除某些元素！
// LinkedHashMap 函数部分源码

/**
 * 插入新节点才会触发该方法，因为只有插入新节点才需要内存
 * 根据 HashMap 的 putVal 方法, evict 一直是 true
 * removeEldestEntry 方法表示移除规则, 在 LinkedHashMap 里一直返回 false
 * 所以在 LinkedHashMap 里这个方法相当于什么都不做
 */
void afterNodeInsertion(boolean evict) { // possibly remove eldest
    LinkedHashMap.Entry<K,V> first;
    // 根据条件判断是否移除最近最少被访问的节点
    if (evict && (first = head) != null && removeEldestEntry(first)) {
        K key = first.key;
        removeNode(hash(key), key, null, false, true);
    }
}

// 移除最近最少被访问条件之一，通过覆盖此方法可实现不同策略的缓存
// LinkedHashMap是默认返回false的，我们可以继承LinkedHashMap然后复写该方法即可
// 例如 LeetCode 第 146 题就是采用该种方法，直接 return size() > capacity;
protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<K,V> eldest) {
    return false;
}

在LinkedHashMap中的removeEldestEntry是默认返回false，也就是说它默认情况不会删除元素，如果我们想要自定义删除元素的规则那我们需要重写它就好了；

至此大致思路有了，选择用LinkedHashMap+调整链表维护策略+重写removeEldestEntry就好了

题目答案代码附上

java 复制代码

class LRUCache extends LinkedHashMap<Integer,Integer>{
    private int capacity;

    public LRUCache(int capacity) {
        super(capacity,0.75F,true);
        this.capacity=capacity;
    }
    
    public int get(int key) {
        return super.getOrDefault(key,-1);
    }
    
    public void put(int key, int value) {
        super.put(key,value);       
    }

    @Override
    protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<Integer,Integer> eldest){
        return size() > capacity;
    }
}

/**
 * Your LRUCache object will be instantiated and called as such:
 * LRUCache obj = new LRUCache(capacity);
 * int param_1 = obj.get(key);
 * obj.put(key,value);
 */