蚂蚁金服在线笔试：设计和实现一个LRU（最近最少使用）缓存机制

前端胖头鱼

发布于 2022-07-25 08:44:27

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发布于 2022-07-25 08:44:27

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这道中等算法题，一开始没写出来

这是胖头鱼面试蚂蚁金服时的一道在线笔试题，当时看到题目我就懵逼了，潜意识里感觉它很难，题目又长，内心打起了退堂鼓。结果自然是没有写出来...

做算法题的一些小经验

遇到不会的题时，千万不能慌，一定要稳住心神，从题目中找出更多有效的信息，并尝试多画图，多动笔（如果是现场面试，记得带只笔，多画画有时候思路就出来了）

画图是解题非常有效的方式之一

看看题目

leetCode（https://leetcode-cn.com/problems/lru-cache/）

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。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) 如果关键字已经存在，则变更其数据值；如果关键字不存在，则插入该组「关键字-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。

题目要求的1和2相对简单，主要是条件3，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。容量和条件1相呼应，关键是怎么理解最久未使用呢?

读和写都在使用数据，最久未使用就是容量达到上线时，最久没读也没写的那个key。还是太生涩了，来画个图试试。

画图理解

假设我是一个卖玩具的商人，我在街上租了一个只能放下三个玩具（没办法太穷了）的摊位，所以大部分的玩具都没摆出来而是放在仓库里。

好家伙，终于有个人来问了，我赶紧把一个玩具摆在了第一个格子...

生意太好了，又有人要问自行车，因为第一个格子是黄金位置，所以我把最新的都放那...

太火爆了，马上我的三个格子就不够用了...

因为格子从上到下依次最受欢迎，所以我会把下面格子的玩具放回到仓库，给新的玩具腾出点地方来

当然啦，如果客户想看摊位上已经有的玩具，我会把他放到第一个最火热的格子

图文映射起来

重新回到题目，咱们看图就很好理解了

三个格子就是条件一： LRUCache(int capacity) 以正整数作为容量 capacity 初始化 LRU 缓存
不断调整玩具位置，从仓库中取玩具放到摊位和从摊位放回仓库，可以理解为条件二和三

开始撸起来...

数组&&对象实现方式

var LRUCache = function (capacity) {
  // 用数组记录读和写的顺序
  this.keys = []
  // 用对象来保存key value值
  this.cache = {}
  // 容量
  this.capacity = capacity
}

LRUCache.prototype.get = function (key) {
  // 如果存在
  if (typeof this.cache[key] !== 'undefined') {
    // 先删除原来的位置
    remove(this.keys, key)
    // 再移动到最后一个，以保持最新访问
    this.keys.push(key)
    // 返回值
    return this.cache[key]
  }
  return -1
}

LRUCache.prototype.put = function (key, value) {
  if (typeof this.cache[key] !== 'undefined') {
    // 存在的时候先更新值
    this.cache[key] = value
    // 再更新位置到最后一个
    remove(this.keys, key)

    this.keys.push(key)
  } else {
    // 不存在的时候加入
    this.keys.push(key)
    this.cache[key] = value
    // 容量如果超过了最大值，则删除最久未使用的（也就是数组中的第一个key）
    if (this.keys.length > this.capacity) {
      removeCache(this.cache, this.keys, this.keys[0])
    }
  }
}

// 移出数组中的key
function remove(arr, key) {
  if (arr.length) {
    const index = arr.indexOf(key)

    if (index > -1) {
      return arr.splice(index, 1)
    }
  }
}

// 移除缓存中 key
function removeCache(cache, keys, key) {
  cache[key] = null
  remove(keys, key)
}

const lRUCache = new LRUCache(2)

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

Map实现方式

第一种实现方式，我们借助了数组来存储每次key被访问（get、set）的顺序，这样实现比较麻烦一些，有没有其他方案，让我们更加便捷一些，不需要额外维护数组呢？借助Map设置值时可以保持顺序性，处理LRU算法将会及其方便

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

/** 
 * @param {number} key
 * @return {number}
 */
LRUCache.prototype.get = function (key) {
  if (this.cache.has(key)) {
    const value = this.cache.get(key)
    // 更新位置
    this.cache.delete(key)
    this.cache.set(key, value)

    return value
  }

  return -1
};

/** 
 * @param {number} key 
 * @param {number} value
 * @return {void}
 */
LRUCache.prototype.put = function (key, value) {
  // 已经存在的情况下，更新其位置到”最新“即可
  // 先删除，后插入
  if (this.cache.has(key)) {
    this.cache.delete(key)
  } else {
    // 插入数据前先判断，size是否符合capacity
    // 已经>=capacity，需要把最开始插入的数据删除掉
    // keys()方法得到一个可遍历对象,执行next()拿到一个形如{ value: 'xxx', done: false }的对象
    if (this.cache.size >= this.capacity) {
      this.cache.delete(this.cache.keys().next().value)
    }
  }

  this.cache.set(key, value)
};

const lRUCache = new LRUCache(2)

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

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原始发表：2022-03-09，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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