左神算法 设计可以变更的缓存结构
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2024-03-15 22:30:36
...
【题目】怎么实现一个LRU
分成三步
一、先自己实现一个双向链表Node。这里的V可以是任意的类。相当于把V类包装成双向链表结构的Node节点。
public static class Node<V> {
public V value;
public Node<V> last;
public Node<V> next;
public Node(V value) {
this.value = value;
}
}
二、双向链表组成的双端队列,添加、删除,移动方法,相当于自己实现了我们用的Queue中的offer,pull方法。相当于有成员变量head和tail,head表示最不常用的Node节点,tail表示最新的节点Node。实现添加节点,删除节点,将中间节点移动到尾节点。
public static class NodeDoubleLinkedList<V> {
private Node<V> head;
private Node<V> tail;
public NodeDoubleLinkedList() {
this.head = null;
this.tail = null;
}
public void addNode(Node<V> newNode) {
if (newNode == null) {
return;
}
if (this.head == null) {
this.head = newNode;
this.tail = newNode;
} else {
this.tail.next = newNode;
newNode.last = this.tail;
this.tail = newNode;
}
}
public void moveNodeToTail(Node<V> node) {
if (this.tail == node) {
return;
}
if (this.head == node) {
this.head = node.next;
this.head.last = null;
} else {
node.last.next = node.next;
node.next.last = node.last;
}
node.last = this.tail;
node.next = null;
this.tail.next = node;
this.tail = node;
}
public Node<V> removeHead() {
if (this.head == null) {
return null;
}
Node<V> res = this.head;
if (this.head == this.tail) {
this.head = null;
this.tail = null;
} else {
this.head = res.next;
res.next = null;
this.head.last = null;
}
return res;
}
}
三、建立MyCache缓存结构,里面有成员变量key->Node的映射表。有了这个HashMap,插入新节点的时候我们知道key和value。利用key去key->Node的映射表里去查,缓存结构中有么有这个节点,如果有,不用添加了,直接找到该节点Node,移动到tail位置。如果没有,根据Value的值就要去new Node。添加到双端队列中。删除节点的时候,有了key知道要删除那个节点。如果是懒汉式删除,就要去删除head节点,这时候我们只知道head指针指向的Node节点,那在删除key->Node的HashMap的值的时候就得遍历一遍,所以还需要再引入Node->key的HashMap结构。这样知道了要删除的Node值后,就可以知道key值,对于key->Node的HashMap也可以在O(1)时间复杂度内删除。
public static class MyCache<K, V> {
private HashMap<K, Node<V>> keyNodeMap;
private HashMap<Node<V>, K> nodeKeyMap;
private NodeDoubleLinkedList<V> nodeList;
private int capacity;
public MyCache(int capacity) {
if (capacity < 1) {
throw new RuntimeException("should be more than 0.");
}
this.keyNodeMap = new HashMap<K, Node<V>>();
this.nodeKeyMap = new HashMap<Node<V>, K>();
this.nodeList = new NodeDoubleLinkedList<V>();
this.capacity = capacity;
}
public V get(K key) {
if (this.keyNodeMap.containsKey(key)) {
Node<V> res = this.keyNodeMap.get(key);
this.nodeList.moveNodeToTail(res);
return res.value;
}
return null;
}
public void set(K key, V value) {
if (this.keyNodeMap.containsKey(key)) {
Node<V> node = this.keyNodeMap.get(key);
node.value = value;
this.nodeList.moveNodeToTail(node);
} else {
Node<V> newNode = new Node<V>(value);
this.keyNodeMap.put(key, newNode);
this.nodeKeyMap.put(newNode, key);
this.nodeList.addNode(newNode);
if (this.keyNodeMap.size() == this.capacity + 1) {
this.removeMostUnusedCache();
}
}
}
private void removeMostUnusedCache() {
Node<V> removeNode = this.nodeList.removeHead();
K removeKey = this.nodeKeyMap.get(removeNode);
this.nodeKeyMap.remove(removeNode);
this.keyNodeMap.remove(removeKey);
}
}
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