LeetCode 146. LRU缓存机制

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) - 如果密钥不存在，则写入其数据值。当缓存容量达到上限时，它应该在写入新数据之前删除最近最少使用的数据值，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

题解：

import java.util.Hashtable;

/**
 * 总体思路是：
 * 链表的前后加上辅助接点，这样不需要检查是否为null接点
 * 首先让头结点和尾节点相互连接
 * 每次加入节点的时候，加在头结点的后一位
 * 每次get节点时，将获取到的这个节点移动到链表的最前面
 * 删除节点时，删除链表的最后一个节点
 * 
 * @Author dfpeng
 * @Date 2019/8/2
 */
public class LRUCache {
    private Hashtable<Integer, DLinkedNode> cache = new Hashtable<>();
    private int size;
    private int capacity;
    private DLinkedNode head, tail;

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

        head = new DLinkedNode();
        tail = new DLinkedNode();
        head.next = tail;
        tail.prev = head;
    }


    private void addNode(DLinkedNode node) {
        //总是将node加到头结点的后面
        node.prev = head;
        node.next = head.next;

        head.next.prev = node;
        head.next = node;
    }

    private void removeNode(DLinkedNode node) {
        DLinkedNode prev = node.prev;
        DLinkedNode next = node.next;
        prev.next = next;
        next.prev = prev;
    }

    private void moveToHead(DLinkedNode node) {
        //先是直接删除，然后再添加，这样就会跑到链表的最前面
        removeNode(node);
        addNode(node);
    }

    private DLinkedNode popTail() {
        DLinkedNode res = tail.prev;
        removeNode(res);
        return res;
    }

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

    public void put(int key, int value) {
        DLinkedNode node = cache.get(key);

        if (node == null) {
            DLinkedNode newNode = new DLinkedNode();
            newNode.value = value;
            newNode.key = key;

            cache.put(key, newNode);
            addNode(newNode);
            ++size;
            if (size > capacity) {
                DLinkedNode tail = popTail();
                cache.remove(tail.key);
                --size;
            }
        } else {
            node.value = value;
            moveToHead(node);
        }
    }
}

class DLinkedNode {
    int key;
    int value;
    DLinkedNode prev;
    DLinkedNode next;
}