Design and implement a data structure for Least Recently Used (LRU) cache. It should support the following operations: get and put.

get(key) - Get the value (will always be positive) of the key if the key exists in the cache, otherwise return -1.
put(key, value) - Set or insert the value if the key is not already present. When the cache reached its capacity, it should invalidate the least recently used item before inserting a new item.

Follow up:
Could you do both operations in O(1) time complexity?

题意:实现一个LRU缓存

Solution: HashMap + doubly LinkedList

删除操作分为2种情况:

  • 给定node data删除node: 单链表和双向链表都需要从头到尾进行遍历从而找到对应node进行删除,时间复杂度都为O(n)。
  • 给定node address删除node: 单链表需要从头到尾遍历直到找到该node的pre node,时间复杂度为O(n)。双向链表只需O(1)时间即能找到该node的pre node。

HashMap保存node address,可以基本保证在O(1)时间内找到该node

具体实现如下:

put(1,1):   先create 一个newNode(1,1)地址为$Node@435,HashMap存入(1, $Node@435),  双向链表将newNode(1,1)设为head

put(2,2):   先create 一个newNode(2,2)地址为$Node@436,HashMap存入(2, $Node@436),  双向链表将newNode(2,2)设为head

get(1):   先在HashMap中找到1对应node的地址$Node@435,通过该地址找到双向链表对应node(1,1) 。删除该node(1,1)再重新setHead

put(3,3):   先create 一个newNode(3,3)地址为$Node@437, 发现Cache is full! We need to evict something to make room.

1.  首先释放HashMap空间,通过双向链表中tailNode的key找到要在HashMap中删除的key

2.  然后删掉双向链表的tailNode

3.  将newNode(3,3)在双向链表中setHead

思考:

1. why not using java.util.LinkedinList?

因为java自带的linkedlist中,删除操作是从头到尾scan特定值再删除,时间为O(n)。但题目要求O(1)。

2. why not using java.util.LinkedHashMap?
这题说白了,就是考察java自带的LinkedHashMap是怎么实现的,我们当然不能。

code

 public class LRUCache {
private int capacity;
private final HashMap<Integer, Node> map;
private Node head;
private Node tail; public LRUCache(int capacity) {
this.capacity = capacity;
map = new HashMap<>();
} public int get(int key) {
// no key exists
if (!map.containsKey(key)) return -1;
// key exists, move it to the front
Node n = map.get(key);
remove(n);
setHead(n);
return n.value; } public void put(int key, int value) {
// key exits
if (map.containsKey(key)) {
// update the value
Node old = map.get(key);
old.value = value;
// move it to the front
remove(old);
setHead(old);
}
// no key exists
else {
Node created = new Node(key, value);
// reach the capacity, move the oldest item
if (map.size() >= capacity) {
map.remove(tail.key);
remove(tail);
setHead(created);
}
// insert the entry into list and update mapping
else {
setHead(created);
}
map.put(key, created);
}
} private void remove(Node n) {
if (n.prev != null) {
n.prev.next = n.next;
} else {
head = n.next;
}
if (n.next != null) {
n.next.prev = n.prev;
} else {
tail = n.prev;
} } private void setHead(Node n) {
n.next = head;
n.prev = null;
if (head != null) head.prev = n;
head = n;
if (tail == null) tail = head;
} // doubly linked list
class Node {
int key;
int value;
Node prev;
Node next; public Node(int key, int value) {
this.key = key;
this.value = value;
}
}
}

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