【坚持每日一题10.22】最近最少使用缓存

运用所掌握的数据结构，设计和实现一个 LRU (Least Recently Used，最近最少使用) 缓存机制 。

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) 如果关键字已经存在，则变更其数据值；如果关键字不存在，则插入该组「关键字-值」。当缓存容量达到上限时，它应该在写入新数据之前删除最久未使用的数据值，从而为新的数据值留出空间。

示例：

输入
["LRUCache", "put", "put", "get", "put", "get", "put", "get", "get", "get"]
[[2], [1, 1], [2, 2], [1], [3, 3], [2], [4, 4], [1], [3], [4]]
输出
[null, null, null, 1, null, -1, null, -1, 3, 4]

解释
LRUCache lRUCache = new LRUCache(2);
lRUCache.put(1, 1); // 缓存是 {1=1}
lRUCache.put(2, 2); // 缓存是 {1=1, 2=2}
lRUCache.get(1); // 返回 1
lRUCache.put(3, 3); // 该操作会使得关键字 2 作废，缓存是 {1=1, 3=3}
lRUCache.get(2); // 返回 -1 (未找到)
lRUCache.put(4, 4); // 该操作会使得关键字 1 作废，缓存是 {4=4, 3=3}
lRUCache.get(1); // 返回 -1 (未找到)
lRUCache.get(3); // 返回 3
lRUCache.get(4); // 返回 4

java代码：

//定义双向链表节点类
class ListNode {
    //成员变量
    int key;
    int value;
    ListNode next;
    ListNode prev;

    //构造方法
    public ListNode(int key, int value){
        this.key = key;
        this.value = value;
    }

}

class LRUCache {
    //成员变量
    private ListNode head;//虚拟头结点
    private ListNode tail;//虚拟尾节点
    private Map numToNode;//哈希表的键是缓存的键
    private int capacity;

    public LRUCache(int capacity) {
        numToNode = new HashMap<>();

        //初始化双向链表
        head = new ListNode(-1, -1);
        tail = new ListNode(-1, -1);
        head.next = tail;
        tail.prev = head;

        this.capacity = capacity;
    }
    
    public int get(int key) {
        if(!numToNode.containsKey(key)){
            return -1;
        }
        ListNode node = numToNode.get(key);
        moveToTail(node, node.value);
        return node.value;
    }
    
    public void put(int key, int value) {
        if(numToNode.containsKey(key)){//哈希表包含键
            moveToTail(numToNode.get(key), value);
        }else{//哈希表不包含键
            if(numToNode.size() == capacity){//缓存达到容量上限
                ListNode node = head.next;
                deleteNode(node);//双向链表删除最近最少使用节点
                numToNode.remove(node.key);//哈希表（缓存）删除最近最少使用节点
            }

            //缓存未达到容量上限
            ListNode node = new ListNode(key, value);
            insertToTail(node);//双向链表插入节点
            numToNode.put(key, node);//哈希表（缓存）插入节点
            
        }

    }

    //将节点移动到双向链表的尾部
    private void moveToTail(ListNode node, int newValue){
        deleteNode(node);
        node.value = newValue;//如果是插入一个键值对，键相同，值不同，要将节点值更新移动要双向链表结尾
        insertToTail(node);
    }
    
    //删除节点
    private void deleteNode(ListNode node){
        node.prev.next = node.next;
        node.next.prev = node.prev;
    }

    //将节点插入到双向链表的尾部
    private void insertToTail(ListNode node){
        tail.prev.next = node;
        node.prev = tail.prev;
        node.next = tail;
        tail.prev = node;
    }
}