LeetCode146.LRU缓存机制

LeetCode146.LRU缓存机制

题目

思路分析

​ 要实现本体的两种操作，需要用到一个哈希表和一个双向链表。

方法：哈希表+双向链表

​ LRU缓存机制可以通过哈希表辅以双向链表实现。首先先用一个哈希表和一个双向链表维护所有在缓存中的键值对

• 双向链表按照被使用的顺序存储这些键值对，靠近头部的是最近使用的
• 哈希表，通过魂村数据的键值对映射到其在双向链表中的位置

​ 首先使用哈希表进行定位，找出缓存在双向链表中的位置，然后将其移动到头部。

• 对于get操作，首先判断key是否存在
  • 如果不存在返回-1
  • 如果存在，通过哈希表定位到该节点在双向链表中的位置，然后将其移动到双线链表的头部，并返回该节点的值
• 对于put操作，先判断key是否存在
  • 如果key不存在，使用key和value创建一个新的节点，在双向链表的头部添加该节点，并将key和该节点添加进哈希表，然后判断双向链表是否超出容量
  • 如果key存在，则与get操作类似，先通过哈希表定位，再将对应的节点的值更新为value，并将该节点移到双线链表的头部

在双线链表的实现中，使用一个伪头部和伪尾部标记界限，这样在添加节点和删除节点的时候就不需要检查相邻的节点是否存在。

代码实现

public class LRUCache {
    class DLinkedNode {
        int key;
        int value;
        DLinkedNode prev;
        DLinkedNode next;
        public DLinkedNode() {}
        public DLinkedNode(int _key, int _value) {key = _key; value = _value;}
    }

    private Map<Integer, DLinkedNode> cache = new HashMap<Integer, DLinkedNode>();
    private int size;
    private int capacity;
    private DLinkedNode head, tail;

    public LRUCache(int capacity) {
        this.size = 0;
        this.capacity = capacity;
        // 使用伪头部和伪尾部节点
        head = new DLinkedNode();
        tail = new DLinkedNode();
        head.next = tail;
        tail.prev = head;
    }

    public int get(int key) {
        DLinkedNode node = cache.get(key);
        if (node == null) {
            return -1;
        }
        // 如果 key 存在，先通过哈希表定位，再移到头部
        moveToHead(node);
        return node.value;
    }

    public void put(int key, int value) {
        DLinkedNode node = cache.get(key);
        if (node == null) {
            // 如果 key 不存在，创建一个新的节点
            DLinkedNode newNode = new DLinkedNode(key, value);
            // 添加进哈希表
            cache.put(key, newNode);
            // 添加至双向链表的头部
            addToHead(newNode);
            ++size;
            if (size > capacity) {
                // 如果超出容量，删除双向链表的尾部节点
                DLinkedNode tail = removeTail();
                // 删除哈希表中对应的项
                cache.remove(tail.key);
                --size;
            }
        }
        else {
            // 如果 key 存在，先通过哈希表定位，再修改 value，并移到头部
            node.value = value;
            moveToHead(node);
        }
    }

    private void addToHead(DLinkedNode node) {
        node.prev = head;
        node.next = head.next;
        head.next.prev = node;
        head.next = node;
    }

    private void removeNode(DLinkedNode node) {
        node.prev.next = node.next;
        node.next.prev = node.prev;
    }

    private void moveToHead(DLinkedNode node) {
        removeNode(node);
        addToHead(node);
    }

    private DLinkedNode removeTail() {
        DLinkedNode res = tail.prev;
        removeNode(res);
        return res;
    }
}