大家好，我是小魔龙，Unity3D软件工程师，VR、AR，虚拟仿真方向，不定时更新软件开发技巧，生活感悟，觉得有用记得一键三连哦。
一、题目
1、算法题目
“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。”
2、题目描述
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 1： 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
示例 2：
二、解题
1、思路分析
这道题的主要解法就是用一个哈希表加一个双向链表来实现。
在Python语言中有一种结合了哈希表和双向链表的数据结构OrderedDict 在Java语言中有同样的数据结构LinkedHashMap。
接下来就来实现哈希表加双向链表实现LRU缓存机制。
2、代码实现
代码参考：
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; } }
3、时间复杂度
时间复杂度：O(1)
对于put和get的时间复杂度都是O(1)。
空间复杂度：O(capacity)
因为哈希表和双向链表最多存储capacity+1个元素。
三、总结
使用哈希表和双向链表来实现LRU缓存机制：
- 双向链表按照被使用的顺序存储了键值对，靠近头部的键值对是最近使用的
- 哈希表通过缓存数据的键值对映射到其在双向链表中的位置。
