146. LRU缓存机制

146. LRU缓存机制

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LRU 缓存机制

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。

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

LRU缓存设计一般都是HashMapLinkedListHashMap维护getput的操作,LinkedList维护缓存的存储顺序。

添加一个元素时,如果HashMap里没有,则新建一个Node,添加到头部;如果HashMap里存在,则更新他的Value,然后将其移到开头。

若添加一个元素使得存储大小超过限制,则删除最后一个元素。

访问一个元素的时候,要将其放在头部。

解答

class LRUCache {
    private Map<Integer, Node> cache;
    private int size;
    private int capacity;
    private Node head, end;

    public LRUCache(int capacity) {
        this.size = 0;
        this.capacity = capacity;
        cache = new HashMap();

        head = new Node();
        end = new Node();
        head.next = end;
        end.pre = head;
    }

    public int get(int key) {
        Node node = cache.get(key);
        if (node == null) return -1;
        moveToHead(node);
        return node.val;
    }

    public void put(int key, int val) {
        Node node = cache.get(key);
        if (node == null) {
            Node newNode = new Node(key, val);
            cache.put(key, newNode);
            addToHead(newNode);
            size++;
            if (size > capacity) {
                Node tail = removeLastNode();
                cache.remove(tail.key);
                size--;
            }
        } else {
            node.val = val;
            moveToHead(node);
        }
    }

    private class Node {
        public int key, val;
        public Node pre, next;

        public Node () {}
        public Node (int key, int val) { this.key = key; this.val = val; }
    }

    private void addToHead(Node node) {
        node.pre = head;
        node.next = head.next;
        head.next.pre = node;
        head.next = node;
    }

    private void moveToHead(Node node) {
        removeNode(node);
        addToHead(node);
    }

    private void removeNode(Node node) {
        node.pre.next = node.next;
        node.next.pre = node.pre;
    }

    private Node removeLastNode() {
        Node pre = end.pre;
        removeNode(pre);
        return pre;
    }
}

/**
 * Your LRUCache object will be instantiated and called as such:
 * LRUCache obj = new LRUCache(capacity);
 * int param_1 = obj.get(key);
 * obj.put(key,value);
 */