#yyds干货盘点# LeetCode 腾讯精选练习 50 题：LRU 缓存

Posted 2022-11-11

题目：

请你设计并实现一个满足  LRU (最近最少使用) 缓存 约束的数据结构。

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 key 已经存在，则变更其数据值 value ；如果不存在，则向缓存中插入该组 key-value 。如果插入操作导致关键字数量超过 capacity ，则应该 逐出 最久未使用的关键字。

函数 get 和 put 必须以 O(1) 的平均时间复杂度运行。

 

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

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;