鏈表(上)實(shí)現(xiàn) LRU 緩存淘汰算法

經(jīng)典的鏈表應(yīng)用場(chǎng)景就是 LRU 緩存淘汰算法姨伤。

1. 鏈表結(jié)構(gòu)

數(shù)組需要一塊連續(xù)的內(nèi)存空間來存儲(chǔ),對(duì)內(nèi)存的要求比較高。而鏈表不需要斋否,它通過“指針”將一組零散的內(nèi)存塊串聯(lián)起來使用叙赚。

三種常見的鏈表結(jié)構(gòu):?jiǎn)捂湵砝峡汀㈦p向鏈表和循環(huán)鏈表。

單鏈表:頭結(jié)點(diǎn)記錄鏈表的基地址震叮,可以用來遍歷整條鏈表胧砰。尾結(jié)點(diǎn)的指針指向空地址 NULL,表示最后的結(jié)點(diǎn)苇瓣。每個(gè)結(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)數(shù)據(jù) data 和后繼指針 next尉间,如下:

單鏈表

針對(duì)鏈表的插入和刪除操作,只需要考慮相鄰結(jié)點(diǎn)的指針改變击罪,所以對(duì)應(yīng)的時(shí)間復(fù)雜度是 O(1)哲嘲。但是,隨機(jī)訪問需要從頭結(jié)點(diǎn)開始遍歷媳禁,所以時(shí)間復(fù)雜度是 O(n)撤蚊。

循環(huán)鏈表是一種特殊的單鏈表,它的尾結(jié)點(diǎn)指針指向鏈表的頭結(jié)點(diǎn)损话,優(yōu)點(diǎn)是從鏈尾到鏈頭比較方便侦啸。當(dāng)要處理的數(shù)據(jù)具有環(huán)型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)時(shí)槽唾,就特別適合采用循環(huán)鏈表,比如約瑟夫問題光涂。

循環(huán)鏈表

雙向鏈表支持兩個(gè)方向庞萍,每個(gè)結(jié)點(diǎn)有個(gè)后繼指針 next 指向后面的結(jié)點(diǎn)和一個(gè)前驅(qū)指針 prev 指向前面的結(jié)點(diǎn)。它支持雙向遍歷忘闻,帶來了操作的靈活性钝计。雙向鏈表可以支持 O(1) 時(shí)間復(fù)雜度的情況下找到前驅(qū)結(jié)點(diǎn),這使得它在某些情況下的插入齐佳、刪除等操作比單鏈表簡(jiǎn)單高效私恬。對(duì)于一個(gè)有序鏈表,雙向鏈表的按值查詢的效率也要比單鏈表高一些炼吴。

在實(shí)際的軟件開發(fā)中本鸣,雙向鏈表盡管比較費(fèi)內(nèi)存,但比單鏈表的應(yīng)用更加廣泛硅蹦。Java 語(yǔ)言中的 LinkedHashMap 就用到了雙向鏈表荣德,這是用空間換時(shí)間的設(shè)計(jì)思想。

雙向鏈表

2. 鏈表童芹、數(shù)組性能比較

時(shí)間復(fù)雜度 數(shù)組 鏈表
插入涮瞻、刪除 O(n) O(1)
隨機(jī)訪問 O(1) O(n)

數(shù)組簡(jiǎn)單易用,在實(shí)現(xiàn)上使用的是連續(xù)的內(nèi)存空間假褪,可以借助 CPU 的緩存機(jī)制署咽,預(yù)讀數(shù)組中的數(shù)據(jù),所以訪問效率更高生音。而鏈表在內(nèi)存中并不是連續(xù)存儲(chǔ)宁否,所以對(duì) CPU 緩存不友好,沒辦法有效預(yù)讀久锥。(此處是局部性原理)

數(shù)組的缺點(diǎn)是大小固定家淤,要占用整塊連續(xù)內(nèi)存空間。如果數(shù)組過大瑟由,容易導(dǎo)致 OOM絮重。擴(kuò)容時(shí)需要拷貝數(shù)組,非常耗時(shí)歹苦。鏈表本身沒有大小的限制青伤,天然地支持動(dòng)態(tài)擴(kuò)容。

如果代碼對(duì)內(nèi)存的使用非撑故荩苛刻狠角,那數(shù)組就是更適合的選擇。鏈表需要額外存儲(chǔ)指針結(jié)點(diǎn)蚪腋,頻繁的增刪操作容易造成內(nèi)存碎片丰歌,如果用 Java 語(yǔ)言姨蟋,就可能導(dǎo)致頻繁 GC。

如何用鏈表實(shí)現(xiàn) LRU 緩存呢立帖?

維護(hù)一個(gè)有序單鏈表眼溶,靠近尾部的結(jié)點(diǎn)是最早訪問的。當(dāng)有數(shù)據(jù)被訪問時(shí)晓勇,從頭開始遍歷鏈表堂飞。

  1. 如果數(shù)據(jù)被緩存過,遍歷得到對(duì)應(yīng)的結(jié)點(diǎn)绑咱,把它從原來位置刪除绰筛,插入到鏈表頭部。
  2. 如果沒有緩存過描融,那么分兩種情況:
    • 如果緩存沒滿铝噩,那么直接把新數(shù)據(jù)插入鏈表尾部;
    • 如果緩存已滿稼稿,那么把尾結(jié)點(diǎn)刪除薄榛,新數(shù)據(jù)插入鏈表頭部讳窟。

基于鏈表的實(shí)現(xiàn)思路让歼,緩存訪問的時(shí)間復(fù)雜度為 O(n)±龇龋考慮一下優(yōu)化谋右,比如引入散列表老記錄每個(gè)數(shù)據(jù)的位置,使訪問時(shí)間復(fù)雜度降到 O(1)补箍。

思考題:

如何判斷一個(gè)字符串是否是回文字符串改执?如果字符串是通過單鏈表來存儲(chǔ)的,那該如何來判斷是一個(gè)回文串呢坑雅?

?著作權(quán)歸作者所有,轉(zhuǎn)載或內(nèi)容合作請(qǐng)聯(lián)系作者
  • 序言:七十年代末辈挂,一起剝皮案震驚了整個(gè)濱河市,隨后出現(xiàn)的幾起案子裹粤,更是在濱河造成了極大的恐慌终蒂,老刑警劉巖,帶你破解...
    沈念sama閱讀 212,816評(píng)論 6 492
  • 序言:濱河連續(xù)發(fā)生了三起死亡事件遥诉,死亡現(xiàn)場(chǎng)離奇詭異拇泣,居然都是意外死亡,警方通過查閱死者的電腦和手機(jī)矮锈,發(fā)現(xiàn)死者居然都...
    沈念sama閱讀 90,729評(píng)論 3 385
  • 文/潘曉璐 我一進(jìn)店門霉翔,熙熙樓的掌柜王于貴愁眉苦臉地迎上來,“玉大人苞笨,你說我怎么就攤上這事债朵∽涌簦” “怎么了?”我有些...
    開封第一講書人閱讀 158,300評(píng)論 0 348
  • 文/不壞的土叔 我叫張陵序芦,是天一觀的道長(zhǎng)壹店。 經(jīng)常有香客問我,道長(zhǎng)芝加,這世上最難降的妖魔是什么硅卢? 我笑而不...
    開封第一講書人閱讀 56,780評(píng)論 1 285
  • 正文 為了忘掉前任,我火速辦了婚禮藏杖,結(jié)果婚禮上将塑,老公的妹妹穿的比我還像新娘。我一直安慰自己蝌麸,他們只是感情好点寥,可當(dāng)我...
    茶點(diǎn)故事閱讀 65,890評(píng)論 6 385
  • 文/花漫 我一把揭開白布。 她就那樣靜靜地躺著来吩,像睡著了一般敢辩。 火紅的嫁衣襯著肌膚如雪。 梳的紋絲不亂的頭發(fā)上弟疆,一...
    開封第一講書人閱讀 50,084評(píng)論 1 291
  • 那天戚长,我揣著相機(jī)與錄音,去河邊找鬼怠苔。 笑死同廉,一個(gè)胖子當(dāng)著我的面吹牛,可吹牛的內(nèi)容都是我干的柑司。 我是一名探鬼主播迫肖,決...
    沈念sama閱讀 39,151評(píng)論 3 410
  • 文/蒼蘭香墨 我猛地睜開眼,長(zhǎng)吁一口氣:“原來是場(chǎng)噩夢(mèng)啊……” “哼攒驰!你這毒婦竟也來了蟆湖?” 一聲冷哼從身側(cè)響起,我...
    開封第一講書人閱讀 37,912評(píng)論 0 268
  • 序言:老撾萬榮一對(duì)情侶失蹤玻粪,失蹤者是張志新(化名)和其女友劉穎隅津,沒想到半個(gè)月后,有當(dāng)?shù)厝嗽跇淞掷锇l(fā)現(xiàn)了一具尸體奶段,經(jīng)...
    沈念sama閱讀 44,355評(píng)論 1 303
  • 正文 獨(dú)居荒郊野嶺守林人離奇死亡饥瓷,尸身上長(zhǎng)有42處帶血的膿包…… 初始之章·張勛 以下內(nèi)容為張勛視角 年9月15日...
    茶點(diǎn)故事閱讀 36,666評(píng)論 2 327
  • 正文 我和宋清朗相戀三年,在試婚紗的時(shí)候發(fā)現(xiàn)自己被綠了痹籍。 大學(xué)時(shí)的朋友給我發(fā)了我未婚夫和他白月光在一起吃飯的照片呢铆。...
    茶點(diǎn)故事閱讀 38,809評(píng)論 1 341
  • 序言:一個(gè)原本活蹦亂跳的男人離奇死亡,死狀恐怖蹲缠,靈堂內(nèi)的尸體忽然破棺而出棺克,到底是詐尸還是另有隱情悠垛,我是刑警寧澤,帶...
    沈念sama閱讀 34,504評(píng)論 4 334
  • 正文 年R本政府宣布娜谊,位于F島的核電站确买,受9級(jí)特大地震影響,放射性物質(zhì)發(fā)生泄漏纱皆。R本人自食惡果不足惜湾趾,卻給世界環(huán)境...
    茶點(diǎn)故事閱讀 40,150評(píng)論 3 317
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一處隱蔽的房頂上張望派草。 院中可真熱鬧搀缠,春花似錦、人聲如沸近迁。這莊子的主人今日做“春日...
    開封第一講書人閱讀 30,882評(píng)論 0 21
  • 文/蒼蘭香墨 我抬頭看了看天上的太陽(yáng)鉴竭。三九已至歧譬,卻和暖如春,著一層夾襖步出監(jiān)牢的瞬間搏存,已是汗流浹背瑰步。 一陣腳步聲響...
    開封第一講書人閱讀 32,121評(píng)論 1 267
  • 我被黑心中介騙來泰國(guó)打工, 沒想到剛下飛機(jī)就差點(diǎn)兒被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留祭埂,地道東北人面氓。 一個(gè)月前我還...
    沈念sama閱讀 46,628評(píng)論 2 362
  • 正文 我出身青樓兵钮,卻偏偏與公主長(zhǎng)得像蛆橡,于是被迫代替她去往敵國(guó)和親。 傳聞我的和親對(duì)象是個(gè)殘疾皇子掘譬,可洞房花燭夜當(dāng)晚...
    茶點(diǎn)故事閱讀 43,724評(píng)論 2 351

推薦閱讀更多精彩內(nèi)容