146. LRU缓存机制

LRU缓存机制设计

最新推荐文章于 2025-05-03 16:15:14 发布

原创最新推荐文章于 2025-05-03 16:15:14 发布 · 209 阅读

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本文详细介绍了一种基于数据结构的LRU缓存机制实现，包括get和put操作的高效处理，以及如何在缓存容量达到上限时进行数据替换策略。通过双向链表和哈希表的结合使用，实现了O(1)的时间复杂度。

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) - 如果密钥已经存在，则变更其数据值；如果密钥不存在，则插入该组「密钥/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

来源：力扣（LeetCode）
链接：https://leetcode-cn.com/problems/lru-cache
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class LRUCache {
    class Node{  //双向链表节点
        int key,val;//这个key值一定要有，因为要从map中删除尾节点需要知道key值
        Node prev,next;
        public Node(int key,int val){
            this.key=key;
            this.val=val;
        }
        public Node(){

        }
    }
    private int capacity;//容量
    private HashMap<Integer,Node> map;
    private Node head,tail;//头尾节点（都不存数据，方便插入和删除）
    public LRUCache(int capacity) {
        this.capacity=capacity;
        map=new HashMap<Integer,Node>();
        head=new Node();
        tail=new Node();
        head.prev=null;
        head.next=tail;
        tail.prev=head;
        tail.next=null;
    }
    
    public int get(int key) {
        Node p=map.get(key);
        if(p==null) return -1;
        put(key,p.val);//调用put方法提前到表头
        return p.val; 
    }
    public void put(int key, int value) {
        Node p=map.get(key);
        if(p!=null){
            p.val=value;
            //删除旧节点
            p.prev.next=p.next;
            p.next.prev=p.prev;
            //添加到表头
            p.next=head.next;
            head.next.prev=p;
            p.prev=head;
            head.next=p;
        }
        else{
            if(map.size()==capacity){
                //删除表尾
                p=map.get(tail.prev.key);
                p.prev.next=tail;
                tail.prev=p.prev;
                map.remove(p.key);
            }
            //添加到表头
            p=new Node(key,value);
            p.next=head.next;
            head.next.prev=p;
            p.prev=head;
            head.next=p;
            map.put(key,p);
        }
    }
}

/**
 * Your LRUCache object will be instantiated and called as such:
 * LRUCache obj = new LRUCache(capacity);
 * int param_1 = obj.get(key);
 * obj.put(key,value);
 */