数据结构与算法分析笔记——LRU算法缓存实现

数据结构与算法分析笔记——LRU算法缓存实现

题目

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。

你是否可以在 O(1) 时间复杂度内完成这两种操作？

LRU

LRU，即最近最少使用原则，选择最近最久未使用的予以淘汰。

题目分析

只要了解LRU的含义，本题并不复杂。需要考虑的是，如何在O(1)的时间复杂度内容完成。

代码

分析

代码中，Node的定义和使用是关键。Node中包含了缓存中已存在的key，并且通过pre和next，形成了一个双向链表。LruCache类的firstNode和lastNode分别保存了第一个key和最后一个key。并且，在Cache中，也包含了指向对应Node的变量。

有了以上定义后，要做的就是，在任何操作时，都把最近访问的一个Node移动至链表的最后，也就是lastNode，而firstNode，永远是当缓存满时要被删除的那个。具体过程如下：

get时，如果找到了对应缓存，就把该缓存对应的Node从链表原位置删除，并放到最后。因为Cache保留了指向Node的引用变量，所以，该操作是O(1)的。

put时，先判断是否满容，如满，则将firstNode删除，firstNode指向原firstNode的next。然后，构建一个新的Node，放到链表的最后。也可以通过相应的引用变量直接找到要操作的目标，所以，该操作也是O(1)的。