【LeetCode-中等题】146. LRU 缓存

题目

LRU缓存是什么：LRU缓存机制，你想知道的这里都有
实现 LRU 缓存算法

方法一：直接继承LinkedHashMap调用api

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; 
    }
}

方法二：自定义LinkedHashMap = HashMap + ListNode == LinkedHashMap

map —>key存 integer value存链表节点
ListNode 存 next 和prev 引用 以及 存 key 和value 具体值

图解：官方图解

步骤：

1. 定义一个自定义的双向链表节点类 DLinkedNode，该类包含 key 和 value 字段，并且具有 prev 和 next 指针用于构建双向链表。
2. 创建一个哈希表 cache 用于存储键值对，其中键为索引，值为双向链表的节点。
3. 定义变量 size 表示当前哈希表中已存储的键值对数量。
4. 定义变量 capacity 表示哈希表的容量。
5. 创建伪头部节点 head 和伪尾部节点 tail，并将它们连接起来形成一个空的双向链表。

方法列表：

1. 构造函数 LRUCache(int capacity)：初始化缓存的容量，同时初始化 size、capacity、head 和 tail 变量。
2. int get(int key)：获取指定键对应的值，如果键不存在则返回 -1。如果键存在，则通过哈希表定位到双向链表中的节点，并将该节点移到链表头部，然后返回节点的值。
3. void put(int key, int value)：插入或更新键值对。如果键已存在，则更新对应的值，并将对应的节点移到链表头部。如果键不存在，则创建一个新的节点，添加到哈希表和链表头部。如果插入后超出容量，则删除尾部节点，并从哈希表中移除对应的记录。
4. DLinkedNode removeTail()：在超出容量时删除尾部节点，并返回删除的尾部节点。
5. void addToHead(DLinkedNode newNode)：将指定节点添加到伪头部节点的后面。
6. void moveToHead(DLinkedNode node)：将指定节点移到伪头部节点的后面，即删除原位置的节点并将其添加到伪头部节点后面。
7. void removeNode(DLinkedNode node)：从双向链表中删除指定节点。

class LRUCache {
    /**
     * 自定义双向链表
     */
    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>();//定义哈希表  key为索引  value为双向链表的节点
    private int size;//map的存值后的大小
    private int capacity;//map 的容量
    private DLinkedNode head, tail; //定义双向链表的伪头部和伪尾部节点



    /**
     * 定义初始容量方法
     * @param capacity
     */
    public LRUCache(int capacity) { //定义初始容量方法
        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;

    }

    /**
     * 依据key获取对应value
     * @param key
     * @return
     */
    public int get(int key) {
        DLinkedNode node = cache.get(key);//获取key对应的链表节点
        if (node == null) {  //如果node为null  说明key没有对应的value值
            return  -1;
        }
        // 如果 key 存在，先通过哈希表定位，再移到头部
        moveToHead(node);//将待get的节点移动到头部，再返回节点的值
        return node.value;
    }

    /**
     * 往哈希表中添加元素的方法
     * @param key
     * @param value
     */
    public void put(int key, int value) {
        DLinkedNode node = cache.get(key);//put时  先获取这个key的位置有没有值  有？覆盖原值  没有就插入进去
        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++; //map集合元素+1
            if (size > capacity) {
                // 如果超出容量，删除双向链表的尾部节点
                DLinkedNode tail = removeTail(); //从链表中把尾结点删除，并且方法得返回这个节点  方便map把这个节点对应的元素remove掉
                cache.remove(tail.key);
                size--;
            }
        }else{// 如果 key 存在，覆盖原值，并移到链表头部
            node.value = value;
            moveToHead(node);
        }
    }

    /**
     * 超出容量时删除尾部节点 并且返回尾部节点  方便对清除map中的残留
     * @return
     */
    private DLinkedNode removeTail() {
        DLinkedNode tailNode = tail.prev;//获取伪尾节点的前一个节点  即链表真实的尾节点
        removeNode(tailNode);
        return tailNode;//返回尾部节点  方便对清除map中的残留
    }


    /**
     * 新增节点时节点添加到伪头结点后面的位置
     * @param newNode
     */
    private void addToHead(DLinkedNode newNode) {
        newNode.prev = head;
        newNode.next = head.next;
        head.next.prev = newNode;
        head.next = newNode;
    }

    /**
     * get方法获取key对应value
     * put方法出现重复key时  覆盖原value
     * 这两种情况都会触发将操作的节点移动到伪首节点的后面
     * @param node
     */
    private void moveToHead(DLinkedNode node) {
        //删除原位置的自己
        removeNode(node);
        //将自己添加到伪首节点的后面
        addToHead(node);//调用上面写过的将节点添加到伪首节点的后面
    }

    /**
     * 删除node节点
     * @param node
     */
    private void removeNode(DLinkedNode node) {
        node.prev.next = node.next;
        node.next.prev = node.prev;
        node.next = null;
        node.prev = null;
    }

}