链表作为一种基础的数据结构之一，我们会常常使用到它，接下来就让我们一起学习吧。
1、链表的经典应用场景： LRU缓存淘汰算法。
2、缓存是一种提高数据读取性能的技术，在硬件设计、软件开发中都有着非常广泛的应用，比如常见的CPU缓存、数据库缓存、浏览器缓存等等。
3、缓存的大小有限，当缓存被用满时，哪些数据应该被保留，这就需要缓存淘汰策略来决定。常见的策略有三种：先进先出策略(FIFO)、最少使用策略(LFU)、最近最少使用策略(LRU)。
4、问题Q：如何使用链表来实现LRU缓存淘汰策略呢？
5、五花八门的链表结构
(1)、数组和链表的区别
举例说明：
如果我们申请一个100MB的数组，当内存中没有连续的、足够大的存储空间时，即便内存的剩余总可用空间大于100MB，仍然会申请失败。
而链表恰恰相反，它并不需要一块连续的内存空间，它通过"指针"将一组零散的内存串联起来使用，所以如果我们申请的是100MB大小的链表，根本不会有问题。
6、三种常见的链表结构：单链表、双向链表和循环链表。
(1)、单链表
a、链表通过指针将一组零散的内存块串联在一起。其中，我们把内存块称为链表的"结点"。为了将所有的结点串起来，每个链表的结点除了存储数据之外，还需要记录链表上的下一个结点的地址。如图所示，我们把这个记录下个结点的地址的指针叫作后继指针next。
从上述图中，你应该可以发现，其中两个节点比较特殊，他们分别是第一个结点和最后一个结点。我们习惯性地把第一个结点叫做头结点，把最后一个结点叫做尾结点。其中，头结点用来记录链表的基地址。有了它，我们就可以遍历得到整条链表。而尾结点特殊的地方是：指针不是指向下一个结点，而是指向一个空地址NULL，表示这是链表上最后一个结点。
b、链表的查找、插入和删除操作
在链表中插入或者删除一个数据，我们并不需要为了保持内存的连续性而搬移结点，因为链表的存储空间本身就不是连续的。所以，在链表中插入和删除一个数据是非常快速的。
如下图，从图中我们可以看出，针对链表的插入和删除操作，我们只需要考虑相邻结点的指针改变，所以对应的时间复杂度是O(1)。
但是，链表想要随机访问第K个元素，就没有数组那么高效了。因为链表中的数据并不是连续存储的，所以无法像数组那样，根据首地址和下标，通过寻址公式就能直接计算出对应的内存地址，而是要根据指针一个结点一个结点地依次遍历，直到找到相应的结点，需要的时间复杂度为O(n)。
(2)、循环链表
循环链表是一种特殊的单链表，跟单链表的区别在于尾结点。单链表的尾结点指向空地址，表示这就是最后的结点了。而循环链表的尾结点指针是指向链表的头结点。如下图
和单链表相比，循环链表的优点是从链尾到链头比较方便，当要处理的数据具有环形结构特点时，就特别适合采用循环链表。比如：约瑟夫问题。
（3)、双向链表
双向链表：它支持两个方向，每个结点不止有一个后继指针next指向后面的结点，还有一个前驱指针prev指向前面的结点。
从结构上来看，双向链表可以支持O(1)时间复杂度的情况下找到前驱的结点，正是这样的特点，也使双向链表在某些情况下的插入、删除等操作都要比单链表简单、高效。接下来具体分析：
在实际的软件开发中，从链表中删除一个数据无外乎两种情况：
>>删除节点中"直等于某个给定值"的结点;
>>删除给定指针指向的结点;
对于第一种情况，不管是单链表还是双向链表，为了查找到值等于给定的结点，都需要从头结点开始一个一个依次遍历对比，直到找到等于给定值的结点，然后再通过前面降的指针操作删除。
尽管单纯的删除操作时间复杂度是0(1),但遍历查找的时间是主要的耗时点，对应的时间复杂度为O(n)。根据时间复杂度分析中的加法法则，删除值等于给定值的结点对应的链表操作的总时间复杂度为O(n)。
对于第二种情况，我们已经找到要删除的结点，但是删除某个结点q需要知道其前驱结点，而单链表并不支持直接获取前驱结点，所以为了找到前驱结点，我们还是要从头开始遍历链表，直到P->next=q,说明p是q的前驱结点。
但是对于双向链表来说，这种情况比较有优势。因为双向链表中的结点已经保存了前驱结点的指针，不需要像单链表那样遍历。所以针对第二种情况，单链表删除操作需要O(n)的时间复杂度，而双向链表只需要在O(1)的时间复杂度内就搞定了!
实际上，这里有一个更加重要的知识点需要你掌握，那就是用空间换时间的设计思想。当内存空间充足的时候，如果我们更加追求代码的执行速度，我们就可以选择空间复杂度相对较高，但是时间复杂度相对低的算法或者数据结构。相反如果内存比较紧缺，比如代码跑在手机或单片机上，这个时候，就要反过来用时间换空间的设计思路。
总结一下，对执行较慢的程序，可以通过消耗更多的内存（空间换时间）来进行优化；而消耗过多的内存程序，可以通过消耗更多的时间（时间换空间）来降低内存的消耗。
(4)、循环双向链表
7、链表VS数组性能大比拼
数组和链表是两种截然不同的内存组织方式。正是因为内存存储的区别，它们插入、删除、随机访问操作的时间复杂度正好相反。
数组的缺点是大小固定，一经声明就要占用整块连续内存空间。如果声明的数组过大，系统可能没有足够的连续内存空间分配给它，导致内存不足。如果声明的数组过小，则可能出现不够用的情况。这时只能申请一个更大的内存空间，把原数组拷贝进去，非常费时。链表本身没有大小的限制，天然地支持动态扩容，我觉得这也是它与数组最大的区别。
8、解答问题Q：如何基于链表实现LRU缓存淘汰算法？
思路是这样的：我们维护一个有序单链表，越靠近链表尾部的结点是越早之前访问的。当有一个新的数据被访问时，我们从链表头开始顺序遍历链表。
1、如果此数据之前已经被缓存在链表中了，我们遍历得到这个数据对应的结点，并将其从原来的位置删除，然后再插入到链表的头部。
2、如果此数据没有在缓存链表中，又可以分为两种情况：
i、如果此时缓存未满，则将此结点直接插入到链表的头部；
ii、如果此时缓存已满，则链表尾结点删除，将新的数据结点插入链表的头部。
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