设计并实现一个满足LRU约束的数据结构
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。
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
提示：
题解（哈希表 + 双向链表）
解题之前先了解一下什么是 「LRU缓存」 ， LRU 的英文全称为 Latest Recently Used，即 「最近最少使用」 。在缓存占满的时候，先删除最旧的数据。
Java 代码实现
class LRUCache {
private int capacity;
private Map< Integer, ListNode > cache;
// 保护节点，protectHead.next 为head节点, protectTail.pre为tail节点
private ListNode protectHead = new ListNode();
private ListNode protectTail = new ListNode();
public LRUCache(int capacity) {
this.capacity = capacity;
cache = new HashMap< >(capacity);
protectHead.next = protectTail;
protectTail.pre = protectHead;
}
// 删除指定节点
private void remove(ListNode listNode){
listNode.pre.next = listNode.next;
listNode.next.pre = listNode.pre;
listNode.pre = null;
listNode.next = null;
}
// 添加到末尾
private void addToTail(ListNode listNode){
protectTail.pre.next = listNode;
listNode.pre = protectTail.pre;
listNode.next = protectTail;
protectTail.pre = listNode;
}
// 从当前位置移动到末尾
private void moveToTail(ListNode listNode){
this.remove(listNode);
this.addToTail(listNode);
}
public int get(int key) {
if(cache.containsKey(key)){
ListNode listNode = cache.get(key);
this.moveToTail(listNode);
return listNode.value;
}else{
return -1;
}
}
public void put(int key, int value) {
if(cache.containsKey(key)){
// 将 key 移动到最新的位置
// 1. 在旧的位置删除
// 2. 追加key到链表末尾
ListNode listNode = cache.get(key);
// 这里必须重新赋值，虽然缓冲已经存在了，但是可能值不一样。
listNode.value = value;
this.moveToTail(listNode);
return;
}
if(cache.size() == capacity){
// 1. 找到最旧的数据，也就是链表的head，删除head
// 2. 在cache map 中删除 head对应的key
ListNode headNode = protectHead.next;
this.remove(headNode);
cache.remove(headNode.key);
}
// 1. 添加新的key到cache map
// 2. 追加新的key到链表末尾
ListNode listNode = new ListNode();
listNode.key = key;
listNode.value = value;
this.addToTail(listNode);
cache.put(key, listNode);
}
}
class ListNode{
int key;
int value;
ListNode pre;
ListNode next;
}