4. LRU缓存机制【LC146】

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请你设计并实现一个满足  LRU (最近最少使用) 缓存 约束的数据结构。

实现 LRUCache 类:

LRUCache(int capacity) 以 正整数 作为容量 capacity 初始化 LRU 缓存 int get(int key) 如果关键字 key 存在于缓存中,则返回关键字的值,否则返回 -1 。 void put(int key, int value) 如果关键字 key 已经存在,则变更其数据值 value ;如果不存在,则向缓存中插入该组 key-value 。如果插入操作导致关键字数量超过 capacity ,则应该 逐出 最久未使用的关键字。

函数 get 和 put 必须以 O(1) 的平均时间复杂度运行。

示例:

输入
["LRUCache", "put", "put", "get", "put", "get", "put", "get", "get", "get"]
[[2], [1, 1], [2, 2], [1], [3, 3], [2], [4, 4], [1], [3], [4]]
输出
[null, null, null, 1, null, -1, null, -1, 3, 4]

解释
LRUCache lRUCache = new LRUCache(2);
lRUCache.put(1, 1); // 缓存是 {1=1}
lRUCache.put(2, 2); // 缓存是 {1=1, 2=2}
lRUCache.get(1);    // 返回 1
lRUCache.put(3, 3); // 该操作会使得关键字 2 作废,缓存是 {1=1, 3=3}
lRUCache.get(2);    // 返回 -1 (未找到)
lRUCache.put(4, 4); // 该操作会使得关键字 1 作废,缓存是 {4=4, 3=3}
lRUCache.get(1);    // 返回 -1 (未找到)
lRUCache.get(3);    // 返回 3
lRUCache.get(4);    // 返回 4

关键思路:

解题思路:巧用 Map 数据结构

首先明确一个性质,Map 这个 ES6 新增数据结构是 ==有序的==,即不仅可以存储键值对(关键字-值),还可以通过 delete 和 set 的 API 对数据进行更新,最后 se==t 的数据默认在 Map 的末尾==。

因此利用好上面的性质,这题其实非常容易了,对于题目的 第二点 和 第三点 要求,在每次 get 和 put 已存在队列中的值,或新增值,直接 delete 删掉后,再 set 进行更新到 Map 最后即可(最新)

算法流程

初始化:

初始化一个 Map 数据结构,和一个容量 capacity

对于 get:如果没有该关键字就返回 -1,如果有,那就先 get 获取该关键字对应的值后,再进行更新(更新的方法是先 delete 该关键字,然后再 set 重新加入到 map 末尾)

对于 put 新增 键值对(关键字-值):直接 set 新增到 map 末尾即可 更新 已存在的键值对(关键字-值):先 delete 该关键字,然后再 set 重新加入到 map 末尾的方法进行更新到最新访问状态

当然,put 同时还有判断是否超出缓存容量 capacity,超了就得删除,或更新原有键值对 那么经过上述的操作,一直没有被更改的(即最近最少使用),就会慢慢移动到了 map 的头部,所以当遇到 缓存队列满 的情况时,直接将 队头移出 即可,而这只会发生在 put 这个 API

争议
// put 后判断是否超载
if(this.map.size > this.capacity){
    this.map.delete(this.map.keys().next().value);
}
对于上面代码可能会有争议,是放在 put 之前还是之后?

如果放在 put 后面,就简单了很多,put 之后判断 map.size() 是不是大过规定的容量即可,大于就将头部移出 this.map.delete(this.map.keys().next().value)
而如果放在 put 前面,也就是先判断是否缓存满了 this.map.size === this.capacity,再进行后续的 新增/更新,其实挺麻烦的,因为缓存满的话也不能立刻移出队头
如果新加入的键值对是队列中已存在的,那就只是更新到 map 尾部即可
如果不存在,也就是要新增键值对,才需要移出头部
要是单单看上述的分析,毫无疑问选择第一种,put 后再判断是否超出缓存

但要是结合实际场景其实第一种不合适的,我设置一个缓存队列,都已经满了你还塞进来??肯定得先删一个才能塞进来新的是吧

所以我建议解题 为了方便 用第一种即可(先 put 再判断是否超出),而如果面试官问起,或者要 结合具体场景,推荐第二种(先判断再 put)

解:

/**
 * @param {number} capacity
 */
var LRUCache = function (capacity) {
  this.map = new Map();
  this.len = capacity;
};

/** 
 * @param {number} key
 * @return {number}
 */
LRUCache.prototype.get = function (key) {
  if (this.map.has(key)) {
    let _value = this.map.get(key);
    this.map.delete(key);
    this.map.set(key, _value);
    return _value;
  } else {
    return -1;
  }
};

/** 
 * @param {number} key 
 * @param {number} value
 * @return {void}
 */
LRUCache.prototype.put = function (key, value) {
  // 如果已有,那就要更新,即要先删了再进行后面的 set
  if (this.map.has(key)) {
    this.map.delete(key)
  }
  this.map.set(key, value);
  // put 后判断是否超载
  if (this.len < this.map.size) {
    this.map.delete(this.map.keys().next().value);
  }
};

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

Map知识拓展:

image.png

image.png

image.png

关键点,Map键值是插入排序的。

有一个细节问题,.next()是什么作用?

没错,是迭代器。

(1)执行next后会从上往下依次返回每个[yield]表达式的值,

(2)如果next有传参的话,会整个覆盖掉将要返回当前yield的上一个yield,

(3)方法内的yield[表达式]和return都执行完了,就会直接返回undefined了。

**新的遍历方法:entries(),keys()和values()**

keys()是对键名的遍历、values()是对键值的遍历,entries()是对键值对的遍历。

let a = [1,3,5].keys();
a; // 一个迭代器对象
a.next(); // {value: 0, done: false}
a.next(); // {value: 1, done: false}
a.next(); // {value: 2, done: false}
a.next(); // {value: undefined, done: true}

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