146. LRU 缓存

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 <= 3000
0 <= key <= 10000
0 <= value <= 10⁵
最多调用 2 * 10⁵ 次 get 和 put

题解

使用双向链表+map实现

• 每次 put 元素，则先判断元素是否存在，如果存在，则调整元素位置（移动到链表头）；如果不存在，则将元素添加到链表头
• 每次 get 元素，都将元素移动到链表头
• 链表尾部即最近最久未使用元素

代码实现

type LinkedNode struct {
	key, value int
	prev, next *LinkedNode
}

type LRUCache struct {
	size, capacity       int
	cache                map[int]*LinkedNode
	dummyHead, dummyTail *LinkedNode
}

func Constructor(capacity int) LRUCache {
	head := &LinkedNode{key: -1, value: -1}
	tail := &LinkedNode{key: -1, value: -1}
	head.next = tail
	tail.prev = head
	return LRUCache{
		capacity:  capacity,
		size:      0,
		cache:     map[int]*LinkedNode{},
		dummyHead: head,
		dummyTail: tail,
	}
}

func (this *LRUCache) Get(key int) int {
	if node, ok := this.cache[key]; ok {
		// 移动节点到链表头
		this.removeNode(node)
		this.moveToHead(node)
		//返回值
		return node.value
	}
	return -1
}

func (this *LRUCache) Put(key int, value int) {
	if node, ok := this.cache[key]; ok {
		// 移动节点到链表头
		this.removeNode(node)
		this.moveToHead(node)
		node.value = value
		return
	}
	newNode := &LinkedNode{
		key:   key,
		value: value,
	}
	this.moveToHead(newNode)
	this.cache[key] = newNode
	this.size++
	if this.size > this.capacity {
		k := this.removeTail()
		delete(this.cache, k)
		this.size--
	}
}

func (this *LRUCache) removeTail() int {
	node := this.dummyTail.prev
	this.removeNode(node)
	return node.key
}

func (this *LRUCache) removeNode(node *LinkedNode) {
	prev := node.prev
	next := node.next
	prev.next = next
	next.prev = prev
}

func (this *LRUCache) moveToHead(node *LinkedNode) {
	first := this.dummyHead.next
	this.dummyHead.next = node
	node.prev = this.dummyHead
	node.next = first
	first.prev = node
}

/**
 * Your LRUCache object will be instantiated and called as such:
 * obj := Constructor(capacity);
 * param_1 := obj.Get(key);
 * obj.Put(key,value);
 */