146.LRU 缓存

题目描述

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。

思路分析

利用双向链表和哈希表，实现O(1)复杂度查询，插入，删除
需手写双向链表的实现
对一个结点进行操作的时候，需要注意双向链表和哈希表的数据同步问题
详看代码注解

AC 代码

class LRUCache {
    private int capacity;
    private Map<Integer, Node> map = new HashMap<>();
    private DoubleList cache = new DoubleList();
    public LRUCache(int capacity) {
        this.capacity = capacity;
    }
    
    public int get(int key) {
        if(!map.containsKey(key)){
            return -1;
        }
        int val = map.get(key).val;
        makeRecently(key,val);
        return val;
    }
    
    public void put(int key, int value) {
        if(map.containsKey(key)){
            makeRecently(key,value);
            return;
        }
        if(cache.size() >= capacity){
            Node first = cache.deleteFirstNode();
            map.remove(first.key);
        }
        // 新建结点
        Node newNode = new Node(key,value);
        // cache中添加结点
        cache.addNode(newNode);
        // map中存储结点
        map.put(key, newNode);
    }
    
    // 提升为最近使用,可能存在值更新的情况
    public void makeRecently(int key,int val){
        // 获取旧结点
        Node node = map.get(key);
        // 删除旧结点
        cache.deleteNode(node);
        // 生成新节点,判断与旧结点是否相同
        Node newNode = val == node.val ? node : new Node(key,val);
        // 添加新节点
        cache.addNode(newNode);
        // 如果与旧结点的值不相同，更新map中的值
        if(val != node.val){
            map.put(key,newNode);
        }
    }
    // 定义结点
    class Node{
        public int key,val;
        // 前后结点
        public Node prev = null,next = null;
        public Node(int key,int val){
            this.key = key;
            this.val = val;
        }
    }
    // 定义双向链表
    class DoubleList{
        // 首尾结点
        private Node head,tail;
        // 链表长度
        private int size;
        // 初始化链表
        public DoubleList(){
            head = new Node(0,0);
            tail = new Node(0,0);
            head.next = tail;
            tail.prev = head;
        }
        // 往尾部添加结点
        public void addNode(Node node){
            node.next = tail;
            node.prev = tail.prev;
            tail.prev.next = node;
            tail.prev = node;
            size++;
        }
        // 删除链表中结点x
        public void deleteNode(Node node){
            node.next.prev = node.prev;
            node.prev.next = node.next;
            size--;
        }
        // 删除链表中第一个结点
        public Node deleteFirstNode(){
            if(head.next == tail){
                return null;
            }
            Node first = head.next;
            deleteNode(first);
            return first;
        }
        public int size(){
            return size;
        }
    }
}

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