LRU缓存

题目leetcode146
请你设计并实现一个满足 LRU 约束的数据结构。

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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

解题思路

使用一个哈希表和一个双向链表,LinkedHashMap 正是由 数组 + 双向链表组成,可以参考 LinkedHashMap的底层实现原理。

直接使用 LinkedHashMap

class LRUCache {
    int capacity;
    LinkedHashMap<Integer, Integer> cache;

    public LRUCache(int capacity) {
        this.capacity = capacity;
        cache = new LinkedHashMap<Integer, Integer>(capacity, 0.75f, true) {
            @Override
            protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry eldest) {
                return cache.size() > capacity;
            }
        };
    }

    public int get(int key) {
        return cache.getOrDefault(key, -1);
    }

    public void put(int key, int value) {
        cache.put(key, value);
    }
}

LinkedHashMap 源码分析

手动双链表 + HashMap

class LRUCache {
    int capacity;
    int size;
    Node head;
    Map<Integer, Node> map = new HashMap<>();

    static class Node {
        int key;
        int val;
        Node next;
        Node prev;

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

        Node remove() {
            prev.next = next;
            next.prev = prev;
            next = null;
            prev = null;
            return this;
        }

        void insert(Node node) {
            node.next = next;
            node.prev = this;
            next.prev = node;
            next = node;
        }
    }

    public LRUCache(int capacity) {
        this.capacity = capacity;
        head = new Node();
        head.next = head;
        head.prev = head;
    }
    
    public int get(int key) {
        Node node = map.get(key);
        if (node == null) return -1;

        node = node.remove();
        head.insert(node);
        return node.val;
    }
    
    public void put(int key, int value) {
        Node node = map.get(key);
        if (node == null) {
            node = new Node(key, value);
            map.put(key, node);
            size++;
        } else {
            node = node.remove();
            node.val = value;
        }

        head.insert(node);
        if (size > capacity) {
            Node removed = head.prev.remove();
            map.remove(removed.key);
            size--;
        }
    }
}
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