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面试官:你能写个LRU缓存吗?

面试官:你能写个LRU缓存吗?

0. 前情提要

面试官: 你能手写个LRU缓存吗?
你: LRU是什么东西?(一脸懵逼状)
面试官: LRU全称Least Recently Used(最近最少使用),用来淘汰不常用数据,保留热点数据。
你写了5分钟,然而只写了个get和put方法体,里面逻辑实在不知道咋写。
面试官: 今天的面试先到这吧,有其他面试我们会再联系你。
我信你个鬼,你个糟老头子坏滴很,还联系啥,凉凉了。
别担心,再有人问你LRU,就把这篇文章丢给他,保证当场发offer。

1. 实现思路

目的是把最不常用的数据淘汰掉,所以需要记录一下每个元素的访问次数。最简单的方法就是把所有元素按使用情况排序,最近使用的,移到末尾。缓存满了,就从头部删除。

2. 使用哪种数据结构实现?

常用的数据结构有数组、链表、栈、队列,考虑到要从两端操作元素,就不能使用栈和队列。
每次使用一个元素,都要把这个元素移到末尾,包含一次删除和一次添加操作,使用数组会有大量的拷贝操作,不适合。
又考虑到删除一个元素,要把这个元素的前一个节点指向下一个节点,使用双链接最合适。
链表不适合查询,因为每次都要遍历所有元素,可以和HashMap配合使用。
双链表 + HashMap

3. 代码实现

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

/**
 * @author yideng
 */
public class LRUCache<K, V> {

    /**
     * 双链表的元素节点
     */
    private class Entry<K, V> {
        Entry<K, V> before;
        Entry<K, V> after;
        private K key;
        private V value;
    }

    /**
     * 缓存容量大小
     */
    private Integer capacity;
    /**
     * 头结点
     */
    private Entry<K, V> head;
    /**
     * 尾节点
     */
    private Entry<K, V> tail;
    /**
     * 用来存储所有元素
     */
    private Map<K, Entry<K, V>> caches = new HashMap<>();

    public LRUCache(int capacity) {
        this.capacity = capacity;
    }

    public V get(K key) {
        final Entry<K, V> node = caches.get(key);
        if (node != null) {
            // 有访问,就移到链表末尾
            afterNodeAccess(node);
            return node.value;
        }
        return null;
    }

    /**
     * 把该元素移到末尾
     */
    private void afterNodeAccess(Entry<K, V> e) {
        Entry<K, V> last = tail;
        // 如果e不是尾节点,才需要移动
        if (last != e) {
            // 删除该该节点与前一个节点的联系,判断是不是头结点
            if (e.before == null) {
                head = e.after;
            } else {
                e.before.after = e.after;
            }

            // 删除该该节点与后一个节点的联系
            if (e.after == null) {
                last = e.before;
            } else {
                e.after.before = e.before;
            }

            // 把该节点添加尾节点,判断尾节点是否为空
            if (last == null) {
                head = e;
            } else {
                e.before = last;
                last.after = e;
            }
            e.after = null;
            tail = e;
        }
    }

    public V put(K key, V value) {
        Entry<K, V> entry = caches.get(key);
        if (entry == null) {
            entry = new Entry<>();
            entry.key = key;
            entry.value = value;
            // 新节点添加到末尾
            linkNodeLast(entry);
            caches.put(key, entry);
            // 节点数大于容量,就删除头节点
            if (this.caches.size() > this.capacity) {
                this.caches.remove(head.key);
                afterNodeRemoval(head);
            }
            return null;
        }
        entry.value = value;
        // 节点有更新就移动到未节点
        afterNodeAccess(entry);
        caches.put(key, entry);
        return entry.value;
    }

    /**
     * 把该节点添加到尾节点
     */
    private void linkNodeLast(Entry<K, V> e) {
        final Entry<K, V> last = this.tail;
        if (head == null) {
            head = e;
        } else {
            e.before = last;
            last.after = e;
        }
        tail = e;
    }

    /**
     * 删除该节点
     */
    void afterNodeRemoval(Entry<K, V> e) {
        if (e.before == null) {
            head = e.after;
        } else {
            e.before.after = e.after;
        }

        if (e.after == null) {
            tail = e.before;
        } else {
            e.after.before = e.before;
        }
    }

}
复制代码

4. 其实还有更简单的实现

import java.util.LinkedHashMap;
import java.util.Map;

/**
 * @author yideng
 */
public class LRUCache<K, V> extends LinkedHashMap<K, V> {

    // 最大容量
    private final int maximumSize;

    public LRUCache(final int maximumSize) {
        // true代表按访问顺序排序,false代表按插入顺序
        super(maximumSize, 0.75f, true);
        this.maximumSize = maximumSize;
    }

    /**
     * 当节点数大于最大容量时,就删除最旧的元素
     */
    @Override
    protected boolean removeEldestEntry(final Map.Entry eldest) {
        return size() > this.maximumSize;
    }
}
复制代码

为啥继承了LinkedHashMap,重写了两个方法,就实现了LRU?
下篇带你手撕LinkedHashMap源码,到时你会发现LinkedHashMap的源码和上面一灯写的LRU逻辑竟然有惊人的相似。

)

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