LRU Cache

這道題是一個數據結構設計題，在leetcode裏面就這麼一道，仍是挺經典的一道題，能夠好好看看。

這道題要求設計實現LRU cache的數據結構，實現set和get功能。學習過操做系統的都應該知道，cache做爲緩存能夠幫助快速存取數據，可是肯定是容量較小。這道題要求實現的cache類型是LRU，LRU的基本思想就是「最近用到的數據被重用的機率比較早用到的大的多」，是一種更加高效的cache類型。

解決這道題的方法是：雙向鏈表+HashMap。

「爲了可以快速刪除最久沒有訪問的數據項和插入最新的數據項，咱們將雙向鏈表鏈接Cache中的數據項，而且保證鏈表維持數據項從最近訪問到最舊訪問的順序。 每次數據項被查詢到時，都將此數據項移動到鏈表頭部（O(1)的時間複雜度）。這樣，在進行過屢次查找操做後，最近被使用過的內容就向鏈表的頭移動，而沒 有被使用的內容就向鏈表的後面移動。當須要替換時，鏈表最後的位置就是最近最少被使用的數據項，咱們只須要將最新的數據項放在鏈表頭部，當Cache滿 時，淘汰鏈表最後的位置就是了。 」

注： 對於雙向鏈表的使用，基於兩個考慮。

首先是Cache中塊的命中多是隨機的，和Load進來的順序無關。

其次，雙向鏈表插入、刪除很快，能夠靈活的調整相互間的次序，時間複雜度爲O(1)。」

解決了LRU的特性，如今考慮下算法的時間複雜度。爲了能減小整個數據結構的時間複雜度，就要減小查找的時間複雜度，因此這裏利用HashMap來作，這樣時間蘇咋讀就是O(1)。

 因此對於本題來講：

get(key): 若是cache中不存在要get的值，返回-1；若是cache中存在要找的值，返回其值並將其在原鏈表中刪除，而後將其做爲頭結點。

set(key,value)：當要set的key值已經存在，就更新其value， 將其在原鏈表中刪除，而後將其做爲頭結點；當藥set的key值不存在，就新建一個node，若是當前len<capacity,就將其加入hashmap中，並將其做爲頭結點，更新len長度，不然，刪除鏈表最後一個node，再將其放入hashmap並做爲頭結點，但len不更新。

 

public class LRUCache {
 
 private int capacity;
 private int len;
 private DoubleLinkedListNode head;
 private DoubleLinkedListNode end;
 private HashMap<Integer, DoubleLinkedListNode> map;
 
 public LRUCache(int capacity) {
 map = new HashMap<Integer, DoubleLinkedListNode>();
 len = 0;
 this.capacity = capacity;
 }
 
 public int get(int key) {
 if(map.containsKey(key)) {
 DoubleLinkedListNode node = map.get(key);
 removeNode(node);
 setHead(node);
 return node.value;
 } else {
 return -1;
 }
 } 
 
 public void set(int key, int value) {
 if(map.containsKey(key)) {
 DoubleLinkedListNode node = map.get(key);
 node.value = value;
 removeNode(node);
 setHead(node);
 } else {
 DoubleLinkedListNode node = new DoubleLinkedListNode(key, value);
 if(len < capacity) {
 setHead(node);
 map.put(key, node);
 len++;
 } else {
 map.remove(end.key);
 removeNode(end);
 setHead(node);
 map.put(key, node);
 }
 }
 }

 private void setHead(DoubleLinkedListNode node) {
 node.next = head;
 if(head != null) {
 head.prev = node;
 }
 node.prev = null;
 head = node;
 if(end == null) {
 end = head;
 }
 }
 
 private void removeNode(DoubleLinkedListNode node) {
 DoubleLinkedListNode prev = node.prev;
 DoubleLinkedListNode next = node.next;
 
 if(prev != null) {
 prev.next = next;
 } else {
 head = next;
 }
 
 if(next != null) {
 next.prev = prev;
 } else {
 end = prev;
 }
 }}class DoubleLinkedListNode { //前面不能加 public  public int key; public int value;  public DoubleLinkedListNode prev; public DoubleLinkedListNode next;  public DoubleLinkedListNode(int key, int value) { this.key = key; this.value = value; }}