写一个 LRU 缓存函数(#146)

什么是LRU缓存函数？

LRU是Least Recently Used的缩写，即最近最少使用，是一种常用的页面置换算法，选择最近最久未使用的页面予以淘汰。该算法赋予每个页面一个访问字段，用来记录一个页面自上次被访问以来所经历的时间 t，当须淘汰一个页面时，选择现有页面中其 t 值最大的，即最近最少使用的页面予以淘汰。

回到正题，

运用你所掌握的数据结构，设计和实现一个  LRU (最近最少使用) 缓存机制 。
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。

你是否可以在 O(1) 时间复杂度内完成这两种操作？

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

思路：

这个缓存器主要有两个成员函数，get和put。

其中 get 函数是通过输入 key 来获得 value，如果成功获得后，这对 (key, value) 升至缓存器中最常用的位置（顶部），如果 key 不存在，则返回 -1 。

而 put 函数是插入一对新的 (key, value)，如果原缓存器中有该 key，则需要先删除掉原有的，将新的插入到缓存器的顶部。如果不存在，则直接插入到顶部。

若加入新的值后缓存器超过了容量，则需要删掉一个最不常用的值，也就是底部的值。

具体实现时我们需要三个私有变量，cap , l 和 m，其中 cap 是缓存器的容量大小，l 是保存缓存器内容的列表，m 是 HashMap，保存关键值 key 和缓存器各项的迭代器之间映射，方便我们以 O(1) 的时间内找到目标项。

然后我们再来看 get 和 put 如何实现。

其中，get 相对简单些，我们在 m 中查找给定的key，若不存在直接返回 -1；如果存在则将此项移到顶部。

对于 put ，我们也是现在 m 中查找给定的 key，如果存在就删掉原有项，并在顶部插入新来项，然后判断是否溢出，若溢出则删掉底部项(最不常用项)。

解一：

/**
 * @param {number} capacity
 */
var LRUCache = function(capacity) {
    this.capacity = capacity;
    this.listHead = null;
    this.listTail = null;
    this.map = {};
    this.len = 0;
};

/** 
 * @param {number} key
 * @return {number}
 */
LRUCache.prototype.get = function(key) {
    let node = this.map[key];
    if (typeof node === 'object') {
        if (this.listTail !== node) {
            if (node.prev) {
                node.prev.next = node.next;
                node.next.prev = node.prev;
            } else {
                this.listHead = node.next;
                this.listHead.prev = null;
            }
            this.listTail.next = node;
            node.prev = this.listTail;
            node.next = null;
            this.listTail = node;
        }
        
        return node.val;
    } else {
        return -1;
    }
};

/** 
 * @param {number} key 
 * @param {number} value
 * @return {void}
 */
LRUCache.prototype.put = function(key, value) {
    if (this.get(key) !== -1) {
        this.map[key].val = value;
        return;
    }

    let newNode = new Node(key, value);
    this.map[key] = newNode;
    if (this.len === this.capacity) {
        if (!this.listHead) return;
        delete this.map[this.listHead.key];
        this.listHead = this.listHead.next;
        if (this.listHead) this.listHead.prev = null;
        this.listTail.next = newNode;
        newNode.prev = this.listTail;
        this.listTail = newNode;
    } else {
        if (!this.listHead) {
            this.listHead = this.listTail = newNode;
        } else {
            this.listTail.next = newNode;
            newNode.prev = this.listTail;
            this.listTail = newNode;
        }
        this.len++;
    }
};

function Node(key, val) {
    this.key = key;
    this.val = val;
    this.next = null;
    this.prev = null;
}

解二：

//  一个Map对象在迭代时会根据对象中元素的插入顺序来进行
// 新添加的元素会被插入到map的末尾，整个栈倒序查看
class LRUCache {
  constructor(capacity) {
    this.secretKey = new Map();
    this.capacity = capacity;
  }
  get(key) {
    if (this.secretKey.has(key)) {
      let tempValue = this.secretKey.get(key);
      this.secretKey.delete(key);
      this.secretKey.set(key, tempValue);
      return tempValue;
    }
    else return -1;
  }
  put(key, value) {
    // key存在，仅修改值
    if (this.secretKey.has(key)) {
      this.secretKey.delete(key);
      this.secretKey.set(key, value);
    }
    // key不存在，cache未满
    else if(this.secretKey.size<this.capacity){
      this.secretKey.set(key, value);
    }
    // 添加新key，删除旧key
    else{
      this.secretKey.set(key,value);
      // 删除map的第一个元素，即为最长未使用的
      this.secretKey.delete(this.secretKey.keys().next().value);
    }
  }
}
let cache = new LRUCache(2);
cache.put(1, 1);
cache.put(2, 2);
console.log("cache.get(1)", cache.get(1))// 返回  1
cache.put(3, 3);// 该操作会使得密钥 2 作废
console.log("cache.get(2)", cache.get(2))// 返回 -1 (未找到)
cache.put(4, 4);// 该操作会使得密钥 1 作废
console.log("cache.get(1)", cache.get(1))// 返回 -1 (未找到)
console.log("cache.get(3)", cache.get(3))// 返回  3
console.log("cache.get(4)", cache.get(4))// 返回  4