高频面试题：手写一个LRU

前言

之前暑期实习面试的时候也被问到了，需要我们说一下思路，然后实现。如果让我们简单来实现一下的话，有很多的方式。比如Java就有自带的LinkedHashMap来实现，但是面试官既然问了那便是不想让你直接调用接口了。我们一般都是用哈希+双向链表来实现。下面给出三种实现方式，参考leetcode题解，leetcode上面也有类似的题。

它应该支持以下操作： 获取数据 get 和 写入数据 put 。

获取数据 get(key) - 如果关键字 (key) 存在于缓存中，则获取关键字的值（总是正数），否则返回 -1。
写入数据 put(key, value) - 如果关键字已经存在，则变更其数据值；如果关键字不存在，则插入该组「关键字/值」。当缓存容量达到上限时，它应该在写入新数据之前删除最久未使用的数据值，从而为新的数据值留出空间。

LinkedHashMap

最容易实现的，但也是面试官应该最不想看到的。毕竟这样完全考察不到你的coding能力。

public class LRUCache<K, V> extends LinkedHashMap<K, V> {
    private int initialCapacity;
    public LRUCache(int initialCapacity) {
        //true表示按照访问顺序排序
        super(initialCapacity, 0.75f, true);
        this.initialCapacity = initialCapacity;
    }
    
        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<K, V> eldest) {
        if (size() > initialCapacity) {
            return true;
        }
        return false;
    }
}

哈希+队列

用哈希来存取值，以对首是最久未使用的，对尾是最近使用来实现

class LRUCache {

    Map<Integer,Integer> map;
    //队列，对首是越久未使用的，对尾是最近使用的
    Queue<Integer> queue;
    int cap;


    public LRUCache(int capacity) {
        this.map = new HashMap<>();
        this.queue = new LinkedList<>();
        this.cap = capacity;
    }
    
    public int get(int key) {
	//如果key存在，移除重新添加就能靠近队尾
        if(queue.contains(key)){
            queue.remove(key);
            queue.add(key);
            return map.get(key);
        }else{
            return -1;
        }

    }
    
    public void put(int key, int value) {
        //如果使用的是已经存在的key
        if(queue.contains(key)){
            queue.remove(key);
            queue.add(key);
            map.put(key,value);
            //如果缓存已经满了，删除最久未使用的
        }else if(cap == 0){
            map.remove(queue.poll());
            queue.add(key);
            map.put(key,value);
        }else{
            //有空闲的位置，第一次添加，直接添加进去
            queue.add(key);
            map.put(key,value);
            cap--;
        }

    }

}

哈希+手动实现双向链表

面试官有时候应该更希望看到我们手动来实现双向链表，展示coding能力。这里以leetcode参考答案为例

class LRUCache {

    class Node{
        int key;
        int value;
        Node prev;
        Node next;
        public Node(){}
        public Node(int key,int value){this.key = key; this.value = value;}
    }

    private HashMap<Integer,Node> cache = new HashMap<>();
    private int size;
    private int capacity;
    private Node head,tail;

    public LRUCache(int capacity) {
        this.size = 0;
        this.capacity = capacity;
        // 使用伪头部和伪尾部结点
        head = new Node();
        tail = new Node();
        //构建双向链表
        head.next = tail;
        tail.next = head;
    }
    
    public int get(int key) {
        Node node = cache.get(key);
        if(node == null){
            return -1;
        }
        moveToHead(node);
        return node.value;
    }
    
    public void put(int key, int value) {
        Node node = cache.get(key);
        if(node == null){
            //如果key不存在，创建一个新的结点
            Node temp = new Node(key,value);
            cache.put(key,temp);
            //将最新存进来的结点移动至头部
            addToHead(temp);
            ++size;
            //如果长度超出了我们的容量，将尾部的结点删除
            if(size > capacity){
                Node tail = removeTail();
                cache.remove(tail.key);
                --size;
            }
        }else{
            //如果存在key，将原来的值覆盖掉
            node.value = value;
            moveToHead(node);
        }
    }

    private void addToHead(Node node){
        node.prev = head;
        node.next = head.next;
        head.next.prev = node;
        head.next = node;
    }

    private void removeNode(Node node){
        node.prev.next = node.next;
        node.next.prev = node.prev;
    }

    private void moveToHead(Node node){
        removeNode(node);
        addToHead(node);
    }

    private Node removeTail(){
        Node res = tail.prev;
        removeNode(res);
        return res;
    }
}