LRU Cache

这道题是一个数据结构设计题，在leetcode里面就这么一道，还是挺经典的一道题，可以好好看看。

这道题要求设计实现LRU cache的数据结构，实现set和get功能。学习过操作系统的都应该知道，cache作为缓存可以帮助快速存取数据，但是确定是容量较小。这道题要求实现的cache类型是LRU，LRU的基本思想就是“最近用到的数据被重用的概率比较早用到的大的多”，是一种更加高效的cache类型。

解决这道题的方法是：双向链表+HashMap。

“为了能够快速删除最久没有访问的数据项和插入最新的数据项，我们将双向链表连接Cache中的数据项，并且保证链表维持数据项从最近访问到最旧访问的顺序。 每次数据项被查询到时，都将此数据项移动到链表头部（O(1)的时间复杂度）。这样，在进行过多次查找操作后，最近被使用过的内容就向链表的头移动，而没 有被使用的内容就向链表的后面移动。当需要替换时，链表最后的位置就是最近最少被使用的数据项，我们只需要将最新的数据项放在链表头部，当Cache满 时，淘汰链表最后的位置就是了。 ”

注： 对于双向链表的使用，基于两个考虑。

首先是Cache中块的命中可能是随机的，和Load进来的顺序无关。

其次，双向链表插入、删除很快，可以灵活的调整相互间的次序，时间复杂度为O(1)。”

解决了LRU的特性，现在考虑下算法的时间复杂度。为了能减少整个数据结构的时间复杂度，就要减少查找的时间复杂度，所以这里利用HashMap来做，这样时间苏咋读就是O(1)。

 所以对于本题来说：

get(key): 如果cache中不存在要get的值，返回-1；如果cache中存在要找的值，返回其值并将其在原链表中删除，然后将其作为头结点。

set(key,value)：当要set的key值已经存在，就更新其value， 将其在原链表中删除，然后将其作为头结点；当药set的key值不存在，就新建一个node，如果当前len<capacity,就将其加入hashmap中，并将其作为头结点，更新len长度，否则，删除链表最后一个node，再将其放入hashmap并作为头结点，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;
    }

}