NC93 设计LRU缓存结构

参考java之LinkedHashMap源码详细解析

源自牛客
描述
设计LRU(最近最少使用)缓存结构，该结构在构造时确定大小，假设大小为 capacity ，操作次数是 n ，并有如下功能:

1. Solution(int capacity) 以正整数作为容量 capacity 初始化 LRU 缓存
2. get(key)：如果关键字 key 存在于缓存中，则返回key对应的value值，否则返回 -1 。
3. set(key, value)：将记录(key, value)插入该结构，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key-value的数量超过capacity，弹出最久未使用的key-value

提示:
1.某个key的set或get操作一旦发生，则认为这个key的记录成了最常使用的，然后都会刷新缓存。
2.当缓存的大小超过capacity时，移除最不经常使用的记录。
3.返回的value都以字符串形式表达，如果是set，则会输出"null"来表示(不需要用户返回，系统会自动输出)，方便观察
4.函数set和get必须以O(1)的方式运行
5.为了方便区分缓存里key与value，下面说明的缓存里key用""号包裹

示例1
输入：
[“set”,“set”,“get”,“set”,“get”,“set”,“get”,“get”,“get”],[[1,1],[2,2],[1],[3,3],[2],[4,4],[1],[3],[4]],2

返回值：
[“null”,“null”,“1”,“null”,“-1”,“null”,“-1”,“3”,“4”]

说明：
我们将缓存看成一个队列，最后一个参数为2代表capacity，所以
Solution s = new Solution(2);
s.set(1,1); //将(1,1)插入缓存，缓存是{“1”=1}，set操作返回"null"
s.set(2,2); //将(2,2)插入缓存，缓存是{“2”=2，“1”=1}，set操作返回"null"
output=s.get(1);// 因为get(1)操作，缓存更新，缓存是{“1”=1，“2”=2}，get操作返回"1"
s.set(3,3); //将(3,3)插入缓存，缓存容量是2，故去掉某尾的key-value，缓存是{“3”=3，“1”=1}，set操作返回"null"
output=s.get(2);// 因为get(2)操作，不存在对应的key，故get操作返回"-1"
s.set(4,4); //将(4,4)插入缓存，缓存容量是2，故去掉某尾的key-value，缓存是{“4”=4，“3”=3}，set操作返回"null"
output=s.get(1);// 因为get(1)操作，不存在对应的key，故get操作返回"-1"
output=s.get(3);//因为get(3)操作，缓存更新，缓存是{“3”=3，“4”=4}，get操作返回"3"
output=s.get(4);//因为get(4)操作，缓存更新，缓存是{“4”=4，“3”=3}，get操作返回"4"

O(1)的复杂度，立刻想到hash表。而题目中又要维持一个顺序。与LRU算法最常配合使用的就是LinkedHashMap。它结合了hashmap和双向链表。其实问题的关键是容量满的时候，删除哪个数据，删除的数据应该是使用次数最少且按顺序插入早的数据。下面代码用LinkedHashMap实现LRU缓存，get时，把最常使用的重新查到队列尾部，set时，如果满了，应删除队列头部的数据，map.keySet().iterator().next()中，map.keySet().iterator()返回了key集合的迭代器，再next即获取map里第一个key值。
具体的算法如下，与算法描述不同的是，算法中描述的最应删除的在尾部，而代码实现的是在头部。

import java.util.*;


public class Solution {
    
    private LinkedHashMap map;
    // 容量
    private int mapSize;
    
    public Solution(int capacity) {
        mapSize = capacity;
        map = new LinkedHashMap<>(capacity);
    }

    public int get(int key) {
         // write code here
        int res = -1;
        boolean exist = map.containsKey(key);
        if(exist){
            res = map.get(key);
            // 如果存在，则删除重新put，保证最常使用的在队尾
            map.remove(key);
            map.put(key, res);
        }
        return res;
    }

    public void set(int key, int value) {
         // write code here
        boolean exist = map.containsKey(key);
        if(exist){
        	// 如果存在，同get方法处理
            map.remove(key);
            map.put(key, value);
            return ;
        }
        // 如果不在，则可能有超过容量的风险，需要判断一下
        if(map.size() >= this.mapSize){
        	// 若超出容量，需要把头部的键值对删掉
            map.remove(map.keySet().iterator().next());
        }
        map.put(key,value);
    }
}