java如何实现一个LRU Cache

如何设计实现一个LRU Cache？

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目录

1. 1. 什么是LRU Cache？
2. 2.实现思路

1. 什么是LRU Cache？

之前，在LeetCode上看到一个LRU Cache实现的题目，题目描述是这样的：

Design and implement a data structure for Least Recently Used (LRU) cache. It should support the following operations: get and set.
get(key) - Get the value (will always be positive) of the key if the key exists in the cache, otherwise return -1.
set(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.

简单的说，就是保证基本的get和set的功能的同时，还要保证最近访问(get或put)的节点保持在限定容量的Cache中，如果超过容量则应该把LRU(近期最少使用)的节点删除掉。

那么我们思考一个问题：如何设计实现一个LRU Cache？
那么，我们可能需要使用类似这样的数据结构去实现这个LRU Cache：

这不就是LinkedHashMap吗！
这样做的好处是，get和set在不冲突的情况下可以保证O(1)的复杂度，同时，也可以通过双向链表来保证LRU的删除和更新操作也能保证O(1)的复杂度。

2.实现思路

在学习了HashMap(#7 )和LinkedHashMap(#8 )后，是不是觉得这俩数据结构简直太适合做LRU Cache了！那么动手实现一下：
基于HashMap和双向链表的实现

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public class LRUCache {    class Node {    Node pre;    Node next;    Integer key;    Integer val;        Node(Integer k, Integer v) {    key = k;    val = v;    }    }        Map<Integer, Node> map = new HashMap<Integer, Node>();    // The head (eldest) of the doubly linked list.    Node head;    // The tail (youngest) of the doubly linked list.    Node tail;    int cap;    public LRUCache(int capacity) {        cap = capacity;        head = new Node(null, null);        tail = new Node(null, null);        head.next = tail;        tail.pre = head;    }        public int get(int key) {        Node n = map.get(key);        if(n!=null) {        n.pre.next = n.next;        n.next.pre = n.pre;        appendTail(n);        return n.val;        }        return -1;    }        public void set(int key, int value) {        Node n = map.get(key);        // existed        if(n!=null) {        n.val = value;        map.put(key, n);        n.pre.next = n.next;        n.next.pre = n.pre;        appendTail(n);        return;        }        // else {        if(map.size() == cap) {        Node tmp = head.next;        head.next = head.next.next;        head.next.pre = head;        map.remove(tmp.key);        }        n = new Node(key, value);        // youngest node append taill        appendTail(n);        map.put(key, n);    }    private void appendTail(Node n) {    n.next = tail;    n.pre = tail.pre;    tail.pre.next = n;    tail.pre = n;    }}

基于LinkedHashMap的实现
HashMap+双向链表？这不就是LinkedHashMap吗！

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public class LRUCache {        private int capacity;    private Map<Integer, Integer> cache;        public LRUCache(int capacity) {        this.capacity = capacity;        this.cache = new java.util.LinkedHashMap<Integer, Integer> (capacity, 0.75f, true) {            // 定义put后的移除规则，大于容量就删除eldest            protected boolean removeEldestEntry(Map.Entry<Integer, Integer> eldest) {                return size() > capacity;            }        };    }        public int get(int key) {        if (cache.containsKey(key)) {            return cache.get(key);        } else            return -1;    }        public void set(int key, int value) {        cache.put(key, value);    }}