leetcode146. LRU缓存机制 — Java实现

题目

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) - 如果关键字 (key) 存在于缓存中,则获取关键字的值(总是正数),否则返回 -1。
  • 写入数据 put(key, value) - 如果关键字已经存在,则变更其数据值;如果关键字不存在,则插入该组「关键字/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。

进阶:

你是否可以在 O(1) 时间复杂度内完成这两种操作?

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);    // 该操作会使得关键字 2 作废
cache.get(2);       // 返回 -1 (未找到)
cache.put(4, 4);    // 该操作会使得关键字 1 作废
cache.get(1);       // 返回 -1 (未找到)
cache.get(3);       // 返回  3
cache.get(4);       // 返回  4

 

实现1:

import java.util.LinkedHashMap;
import java.util.HashMap;
import java.lang.IllegalArgumentException;
import java.util.Map;

public class LRUCache<K, V> extends LinkedHashMap<K, V>{
	
	private int size;
	
	public LRUCache(int size){
		if(size <= 0){
			throw new IllegalArguementException("invalid size");
		}
		
		super(size);
		this.size = size;
	}

	@Override
	public boolean removeEldestEntry(Map.Entry<K, V> entry){
		return this.size() > size;
	}
}

 

实现2:

package lru;

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class LruCache {

    public static void main(String[] args) {
        LruCache lru = new LruCache(3);
        lru.put("a", "1");
        lru.put("b", "2");
        lru.put("c", "3");
        lru.put("d", "4");
        lru.put("f", "5");

        System.out.println(lru.toString());
        System.out.println();
    }

    private int capacity;
    private Map<String, Node> key2Node;
    private Node head;
    private Node tail;

    public LruCache(int capacity) {
        if (capacity <= 0) {
            throw new IllegalArgumentException("capacity can not le zero");
        }

        this.capacity = capacity;
        this.key2Node = new HashMap<>(capacity);
        this.head = this.tail = new Node();
    }

    public String get(String key) {
        if (null == key) {
            throw new IllegalArgumentException("key can not be null");
        }

        Node first = key2Node.get(key);
        if (null == first) {
            return null;
        }

        reputNode(first);
        return first.val;
    }

    public void put(String key, String val) {
        if (null == key || null == val) {
            throw new IllegalArgumentException("key/val can not be null");
        }

        if (key2Node.containsKey(key)) {
            //进行原节点替换
            Node old = key2Node.get(key);
            old.val = val;

            reputNode(old);
        } else {
            if (key2Node.size() == this.capacity) {
                key2Node.remove(tail.key);
                moveTail();
            }

            Node newNode = new Node(key, val);
            key2Node.put(key, newNode);

            //如果当前没有节点,则作为尾结点加入
            if (key2Node.size() == 1) {
                tail = newNode;
            }

            addFirst(newNode);
        }
    }

    private void reputNode(Node node) {
        if (tail == node) {
            moveTail();
        }

        addFirst(node);
    }

    /**
     * 删除tail节点
     */
    private void moveTail() {
        //删除tail,将tail 指向 tail.pre
        Node tailPre = tail.pre;
        tail.pre = null;
        if (null != tailPre) {
            tailPre.next = null;
        }
        tail = tailPre;
    }

    private void addFirst(Node first) {
        //链表移除first节点
        Node pre = first.pre;
        Node next = first.next;
        if (null != pre) {
            pre.next = next;
        }
        if (null != next) {
            next.pre = pre;
        }

        //添加到首节点
        Node second = head.next;
        if (null != second) {
            second.pre = first;
        }
        first.next = (second);
        first.pre = head;
        head.next = first;
    }

    @Override
    public String toString() {
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        key2Node.entrySet().stream().forEach((entry ->
                sb.append("[" + entry.getKey() + " , " + entry.getValue().val + "] ")
        ));
        return "link: " + this.head.toString() + "\r\nmap:" + sb.toString() + "\r\ntail: " + (null != this.tail ? this.tail.toString() : "");
    }

    public static class Node {
        String key;
        String val;
        Node next;
        Node pre;

        public Node() {
        }

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

        @Override
        public String toString() {
            return String.format("[key:%s, val:%s] -> ", this.key, this.val) + (null != this.next ? this.next.toString() : "");
        }
    }
}

 

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