【leetcode】LRU缓存机制

【leetcode】LRU缓存机制

题目：

运用你所掌握的数据结构，设计和实现一个 LRU (最近最少使用) 缓存机制。它应该支持以下操作： 获取数据 get 和 写入数据 put 。

获取数据 get(key) - 如果密钥 (key) 存在于缓存中，则获取密钥的值（总是正数），否则返回 -1。
写入数据 put(key, value) - 如果密钥已经存在，则变更其数据值；如果密钥不存在，则插入该组「密钥/数据值」。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。

进阶:

你是否可以在 O(1) 时间复杂度内完成这两种操作？

示例:

LRUCache cache = new LRUCache( 2 /* 缓存容量 */ );

cache.put(1, 1);
cache.put(2, 2);
cache.get(1); // 返回 1
cache.put(3, 3); // 该操作会使得密钥 2 作废
cache.get(2); // 返回 -1 (未找到)
cache.put(4, 4); // 该操作会使得密钥 1 作废
cache.get(1); // 返回 -1 (未找到)
cache.get(3); // 返回 3
cache.get(4); // 返回 4

思路：

利用双向链表，再辅以HashMap来解答。
这道题目对于cache的操作其实就是一个CRUD操作，双向链表从头到尾的排序方式是，越靠近头，使用/修改次数越多，越靠近尾，使用/修改次数越少。具体如下：

增加：将新节点插入到链表的表头即可；
删除：当cache满了的时候，删除链表尾部的节点；
修改：查找到节点之后更新其value，并将其移动到链表的头部，因为它是最新修改过的；
查找：查询到该节点之后，将节点移动到链表的头部。
知道了上述各个操作之后，我们进行思路分析：

首先需要对双向链表进行定义，它有两个指针域，分别指向直接前驱和直接后继，在这里我们分别称其为prev和next。又由于使用的是HashMap，所以还要定义key和value；
定义好双向链表之后，我们建立一个双向链表，然后再对以上1~4的各种情况进行操作即可。

java代码：

class LRUCache {
    // 创建双向链表
    class Node {
        Node prev, next;
        int key, value;
        Node(int _key, int _value) {
            key = _key;
            value = _value;
        }
    }
    Node head = new Node(0, 0), tail = new Node(0, 0);
    Map map = new HashMap<>();
    int max_len;
    public LRUCache(int capacity) {
        max_len = capacity;
        // 建立双链表
        head.next = tail;
        tail.prev = head;
    }
    public int get(int key) {
        if (map.containsKey(key)) {
            Node node = map.get(key);
            remove(node);
            add(node);
            return node.value;
        } else {
            return -1;
        }    
    }
    public void put(int key, int value) {
        if (map.containsKey(key)) {
            remove(map.get(key));
        }
        // 把表头位置节点删除(说明最近的数据值)
        if (map.size() == max_len) {
            remove(head.next);
        }
        add(new Node(key, value));
    }
    // 删除链表
    private void remove(Node node) {
        map.remove(node.key);
        // 删除节点
        node.prev.next = node.next;
        node.next.prev = node.prev;
    }
    // 加在链表尾
    private void add(Node node) {
        map.put(node.key, node);
        Node pre_tail = tail.prev;
        node.next = tail;
        tail.prev = node;
        pre_tail.next = node;
        node.prev = pre_tail;
    }   
}