【路飞】146. LRU 缓存

题目描述

面试题 16.25. LRU 缓存

难度 中等

设计和构建一个“最近最少使用”缓存，该缓存会删除最近最少使用的项目。缓存应该从键映射到值(允许你插入和检索特定键对应的值)，并在初始化时指定最大容量。当缓存被填满时，它应该删除最近最少使用的项目。

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。

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

解析

1. 通过采用哈希表+链表的方式，实现查找、插入、删除、移动：O(1)

class ListNode {
  constructor(key, value) {
    this.key = key;
    this.value = value;
    this.prev = null;
    this.next = null;
  }
}

class LRUCache {
  constructor(capacity) {
    this.capacity = capacity;
    this.hash = {};
    this.count = 0;
    this.dummyHead = new ListNode();
    this.dummyTail = new ListNode();
    // 将头节点和尾节点连接起来
    this.dummyHead.next = this.dummyTail;
    this.dummyTail.prev = this.dummyHead;
  }

  get(key) {
    const node = this.hash[key];
    if (!node) return -1;
    this.moveToHead(node);
    return node.value;
  }

  moveToHead(node) {
    // 先将节点从链表中删除
    this.removeFromList(node);
    // 再添加到链表的头部
    this.addToHead(node);
  }

  removeFromList(node) {
    node.prev.next = node.next;
    node.next.prev = node.prev;
  }

  addToHead(node) {
    // 先将node节点连接到头节点的后面
    // 再将头节点的后面节点连接到node节点
    node.prev = this.dummyHead;
    node.next = this.dummyHead.next;
    this.dummyHead.next.prev = node;
    this.dummyHead.next = node;
  }

  put(key, value) {
    const node = this.hash[key];
    if (node) {
      node.value = value;
      this.moveToHead(node);
    } else {
      const newNode = new ListNode(key, value);
      this.hash[key] = newNode;
      this.addToHead(newNode);
      this.count++;
      if (this.count > this.capacity) {
        // 删除尾节点
        const tail = this.dummyTail.prev;
        this.removeFromList(tail);
        delete this.hash[tail.key];
        this.count--;
      }
    }
  }
}