十分钟看懂JS的LRU Cache 算法（下）

上文介绍了LRU Cache的场景点击回顾，以及在es6前提下可以借助Map结构来解决，而本文将介绍在es5条件下，更加根正苗红不取巧的解决方案。

还是简单介绍下场景要求，方便没看前一篇的同学也能直接看（顺便凑点字数）:

当用户访问不同站点时，浏览器需要缓存在对应站点的一些信息，当下次访问同一个站点的时候，通过读取缓存就可以实现更快速的访问。缓存的分配空间是有限的，所以当空间不足时，需要优先删除最近不经常使用的数据，实现缓存的管理。

需求整理

把上述场景问题进一步整理成代码需求：请实现一个class，提供以下功能：

1. 提供put方法，用于写入不同的缓存数据，假设每条数据形式是{'域名','info'},例如{'https://segmentfault.com': '一些关键信息'}（如果是同一域名重复写入，则新写入覆盖旧数据）;
2. 当缓存达到上限时， 调用put写入缓存之前, 要删除最近最少使用的数据；
3. 提供get方法，用于读取缓存数据，同时需要把被读取的数据，移动到最近使用数据 ；
4. 考虑到性能问题，希望get和set的操作的复杂度是O(1)（简单理解就是，不能使用遍历）

数据选型

同样的，先考虑数据结构的选择，既然是es5那么可选的只有Array和Object了，array通常用于需要表示顺序的数据结构，但是从上一篇文章我们可以知道，算法实现的核心，在于维持新插入的数据排在后面，旧数据放在前面的顺序，所以每次读取数据之后需要重排序，来维持这个顺序。而用数组存放数据的话，排序一定躲不开遍历，那就不符合前面的第四条，所以只能考虑Object，然而Object如何表示顺序呢？ 就必须要用到链表结构了。

链表介绍

基本内容

考虑到本篇文章的部分读者有可能第一次接触链表结构，还是在这里做一下简要的介绍，熟悉的读者可以跳过本节。

链表结构如上图所示，是由一些节点以及节点之间的指针串联起来的。(颜色是为了方便区分属于哪个节点的指针)

• A`BCD属于常规节点,Head和Tail`是虚拟的头部和尾部节点，这是为了方便找到链表的首末设定的；
• 对于每个节点而言，它只会记住它的前后位置（如果是单向链表，就只需要记住一个方向；如果是双向链表，就需要分别记住前面和后面的节点,上图是双向链表）并用pre和next指针来访问；

Head节点 的pre和Tail节点next都指向null

操作图解

还是以双向链表为例，从末尾增加节点时如图所示，只需改动Tail以及实际末尾节点（本例中是D）的指针即可(关注红色线框标的节点即可)：

删除节点则如图（以c节点为例）只需要把该节点前后节点连接，并且把自身的两个指针指向null即可：

移动节点的方式同样借用前文里”移动节点等于先删除后重新从首位插入“这个思路。

如图所示，假设C节点 被get方法读取，那么需要把C节点移到链表最前端，实现从左到右的变化，看似复杂，实际上只要执行以下伪代码:

// 将节点移动到首位
moveToHead(node) {
  if(node){
     // 把B和D连起来
    node.pre.next  = node.next;// B的next指针指向D
    node.next.pre = node.pre; // D的nex指针指向B
    
    // 把C节点移动到head和A之间 
    head.next.pre = node; // A节点的pre指针 指向C
    node.next = head.next; // C节点的next指针 指向A
    node.pre = head;  //  C节点的pre指针 指向head
    head.next = node.pre； // head的next指针 指向C
  }
}

其实就是修改目标节点(C)的前后指针，head节点的前后指针，以及目标节点前后节点(B和D)的前后指针（最多就涉及到5个节点，这是固定的，所以复杂度只是O(1)）。

上面步骤只是解决了重排序的复杂度问题，但是还需要处理get读取时O(1)复杂度的问题，链表结构方便排序，但是读取难度较大，所以同时我们还要维护一个hash map(哈希表)，在es5下用objec可以实现，那么整个算法的难点基本完成，可以分步写代码了。

算法实现

首先，提供链表节点的类，结构就是domain和info之外，再加一个pre指针和一个next指针：

function DoubleLinkNode (domain, info){
    this.doamin = domain;
    this.info = info;
    this.pre = null;
    this.next = null;
}

其次，是LRU Cache的构造函数：

function LRUCache (size){
    this.size = size;
    this.hashMap = {};
    // 初始化虚拟的头尾节点 方便找到链表头尾
    this.head = new DoubleLinkNode();
    this.tail = new DoubleLinkNode();
    this.head.next = this.tail;
    this.tail.pre = this.head;
}

然后一样的是先写put方法，

LRUCache.prototype.put = function (domain, info){
   // 首先判断节点是否存在，存在则更新对应信息，不存在则插入
   if(this.hashmap[domain]){
     const node = this.hashmap[domian];
     node.info = info；// 更新
     this.moveToTop(node); // todo1 将节点移动到最前面
     return ;
   } 
   // 否则插入新节点
   const size = Object.keys(this.hashmap).length;
   if(size >= this.size)}{
       // 超过容量，需要先删除最不经常使用的节点，也就是末尾节点
       const node = this.tail.pre;
       this.removeNode(node); // todo2 将节点移除
   }
   // 正常插入新节点 并添加到最前面
   const newNode =  new DoubleLinkNode(domain, info);
   this.hashMap[domain] = newNode;
   this.moveToTop(newNode);
};

为了阅读清晰，可以提取moveToTop和deleteNode方法，接下来补上实现，由于前面说过思路了，也比较简单:

LRUCache.prototype.moveToTop = function (node){
    head.next.pre = node;
    node.next = head.next;
    node.pre = head; 
    head.next = node；
};
LRUCache.prototype.deleteNode = funtion(node) {
    // 链表中移除节点实际上就是将节点的前后节点相连 孤立目标节点即可
    node.prev.next = node.next;
    node.next.prev = node.prev;
    node.prev = null;
    node.next = null; 
    
    // 别忘了还要从哈希表去掉节点的key值
    delete this.hashMap[node.domain];
   
}

最后是get方法, 也比较简单：

LRUCache.prototype.get(domain) = function(){
    if (!this.hashmap[domain]) {
      return false;
    }
    const node = this.hashmap[domain];
    this.deleteNode(node)
    // 因为deleteNode的时候删除了 所以要重新登记
    this.hashmap[domain] = node;
    this.moveToTop(node);
    return node.info;
};

小结

其实双向链表的思路相对前一篇的map实现更有普适性，这个思路不仅适用于js，在C语言和其他语言一样可以实现。而且，面试也可以拿来吹牛逼（划重点 面试）。

关于链表结构，有算法基础的同学可能比较熟悉，但是对于第一次接触的同学同学比较陌生，所以考虑再三还是决定写的详细一些，力求每一篇文章都尽量让读者读起来不至于太费劲，更贴合自己写博客的初衷。

可能算法类和源码类的文章大家都不是很喜欢（当然也可能仅仅是这类文章我写的不够容易读懂，或者大家觉得这是屠龙技，并不实用），相对而言面经和实践知识点的文章更受欢迎，毕竟人都是有畏难情绪的，不过我觉得还是可以对这些内容都做一些了解，学习算法思路，一方面对于找工作的朋友短期就有帮助，但是对于长期从事编程行业来说，也能够增长知识，锻炼逻辑能力。

总结

希望大家对于喜爱的文章，能够点赞和收藏，这样也能一定程度上给我个反馈，哪些文章写的较好，哪些文章还有不足，或者对于行文风格和内容有任何意见的，都欢迎私信交流。

最后依然是惯例，RingCentral目前在杭州也设置了办公点，而且可以申请长期远程办公，告别996，工作生活两不误，有兴趣的同学可以私信咨询（主页有联系方式），可以免费帮忙内推~