（一）问题描述
146. LRU 缓存 - 力扣（LeetCode）146. LRU 缓存 - 请你设计并实现一个满足 LRU (最近最少使用) 缓存 [https://baike.baidu.com/item/LRU] 约束的数据结构。实现 LRUCache 类： * LRUCache(int capacity) 以 正整数 作为容量 capacity 初始化 LRU 缓存 * int get(int key) 如果关键字 key 存在于缓存中，则返回关键字的值，否则返回 -1 。 * void put(int key, int value) 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 。如果插入操作导致关键字数量超过 capacity ，则应该 逐出 最久未使用的关键字。函数 get 和 put 必须以 O(1) 的平均时间复杂度运行。 示例：输入["LRUCache", "put", "put", "get", "put", "get", "put", "get", "get", "get"][[2], [1, 1], [2, 2], [1], [3, 3], [2], [4, 4], [1], [3], [4]]输出[null, null, null, 1, null, -1, null, -1, 3, 4]解释LRUCache lRUCache = new LRUCache(2);lRUCache.put(1, 1); // 缓存是 {1=1}lRUCache.put(2, 2); // 缓存是 {1=1, 2=2}lRUCache.get(1); // 返回 1lRUCache.put(3, 3); // 该操作会使得关键字 2 作废，缓存是 {1=1, 3=3}lRUCache.get(2); // 返回 -1 (未找到)lRUCache.put(4, 4); // 该操作会使得关键字 1 作废，缓存是 {4=4, 3=3}lRUCache.get(1); // 返回 -1 (未找到)lRUCache.get(3); // 返回 3lRUCache.get(4); // 返回 4 提示： * 1 <= capacity <= 3000 * 0 <= key <= 10000 * 0 <= value <= 105 * 最多调用 2 * 105 次 get 和 put
https://leetcode.cn/problems/lru-cache/description/?envType=study-plan-v2&envId=top-100-liked
请你设计并实现一个满足 LRU (最近最少使用) 缓存 约束的数据结构。
实现 LRUCache 类：
LRUCache(int capacity)以 正整数 作为容量capacity初始化 LRU 缓存int get(int key)如果关键字key存在于缓存中，则返回关键字的值，否则返回-1。void put(int key, int value)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。如果插入操作导致关键字数量超过capacity，则应该 逐出 最久未使用的关键字。
函数 get 和 put 必须以 O(1) 的平均时间复杂度运行。
示例：
输入 ["LRUCache", "put", "put", "get", "put", "get", "put", "get", "get", "get"] [[2], [1, 1], [2, 2], [1], [3, 3], [2], [4, 4], [1], [3], [4]] 输出 [null, null, null, 1, null, -1, null, -1, 3, 4] 解释 LRUCache lRUCache = new LRUCache(2); lRUCache.put(1, 1); // 缓存是 {1=1} lRUCache.put(2, 2); // 缓存是 {1=1, 2=2} lRUCache.get(1); // 返回 1 lRUCache.put(3, 3); // 该操作会使得关键字 2 作废，缓存是 {1=1, 3=3} lRUCache.get(2); // 返回 -1 (未找到) lRUCache.put(4, 4); // 该操作会使得关键字 1 作废，缓存是 {4=4, 3=3} lRUCache.get(1); // 返回 -1 (未找到) lRUCache.get(3); // 返回 3 lRUCache.get(4); // 返回 4
提示：
1 <= capacity <= 30000 <= key <= 100000 <= value <= 105- 最多调用
2 * 105次get和put
（二）解决思路
这道题以方便要用哈希表方便查找，另一方面可以用双向链表来记录节点被使用的顺序：新增的元素和刚刚被修改了value的元素放在头部，如果插入时节点数量超过了capacity，就把尾部元素删掉。使用双向链表和使用单向链表相比便于操作尾部元素。
方法一：使用现成的数据结构
python和java中都有存在哈希功能的链表结构，python是OrderedDict，java是LinkedHashMap。但是直接用已有的数据结构一般不会符合面试官的要求，和库函数的使用一样，有些数据结构的使用也要慎重，像这种直接用数据结构的情况明显是跳过了问题想要考察的重点。
下面的代码来自Leetcode官方题解。
class LRUCache extends LinkedHashMap<Integer, Integer>{
private int capacity;
public LRUCache(int capacity) {
super(capacity, 0.75F, true);
this.capacity = capacity;
}
public int get(int key) {
return super.getOrDefault(key, -1);
}
public void put(int key, int value) {
super.put(key, value);
}
@Override
protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<Integer, Integer> eldest) {
return size() > capacity;
}
}
方法二：哈希表+双向链表
面试官会更希望我们自己实现哈希表+双向链表的功能。思路就是本节开头的那段话。链表的定义其实就是节点类的定义。为了方便插入和删除头尾元素，可以创建虚拟头尾节点head和tail。
class LRUCache {
//双向链表
class DLinkedNode{
public int key;
public int value;
public DLinkedNode prev;
public DLinkedNode next;
public DLinkedNode(){};
public DLinkedNode(int _key,int _value){
key=_key;
value=_value;
}
}
//哈希表
private HashMap<Integer,DLinkedNode> cache=new HashMap<>();
//size是现在链表的长度，capacity是允许的最大节点数
private int size;
private int capacity;
//虚拟头尾节点
private DLinkedNode head,tail;
public LRUCache(int capacity) {
//大部分时候访问类自身的成员变量不需要this
//但是如果方法里有某个局部变量和成员变量名字相同，就需要用this区分
this.size=0;
this.capacity=capacity;
head=new DLinkedNode();
tail=new DLinkedNode();
head.next=tail;
tail.prev=head;
}
public int get(int key) {
//判断map里是否存在key，如果不存在的话会返回null
DLinkedNode node=cache.get(key);
if(node==null){
return -1;
}
else{
//刚刚访问过的节点移动到头部
moveToHead(node);
return node.value;
}
}
public void put(int key, int value) {
//判断map里是否存在key，如果不存在的话会返回null
//如果只是map存或者更新value的话不需要判断，但这里还涉及链表的变化，所以要判断
DLinkedNode node=cache.get(key);
if(node==null){
//新节点加入
DLinkedNode newNode=new DLinkedNode(key,value);
//新节点放在链表头
putToHead(newNode);
//节点放进map
cache.put(key,newNode);
size++;
if(size>capacity){
//超出容量，删除尾部节点
int removeKey=removeFromTail();
cache.remove(removeKey);
}
}
else{
//已经存在的节点更新值
node.value=value;
//放在节点头
moveToHead(node);
}
}
//节点的移动/添加就是指针指向的变化
public void moveToHead(DLinkedNode node){
node.prev.next=node.next;
node.next.prev=node.prev;
node.next=head.next;
head.next.prev=node;
head.next=node;
node.prev=head;
}
public void putToHead(DLinkedNode newNode){
head.next.prev=newNode;
newNode.next=head.next;
head.next=newNode;
newNode.prev=head;
}
public int removeFromTail(){
DLinkedNode node=tail.prev;
node.next.prev=node.prev;
node.prev.next=node.next;
return node.key;
}
}注：大部分时候访问类自身的成员变量不需要this，但是如果方法里有某个局部变量和成员变量名字相同，就需要用this区分。
