[TypeScript]手撸LFU

最近做笔试的时候遇到了要手撸LFU的题目，LFU在vue源码里还是有使用的，例如keep-alive的实现机制就是基于它来搞的。不多说了，直接上代码。

代码

// 双向链表node
class DoubleLinkNode {key: number;val: number;freq: number;prev?: DoubleLinkNode | null;next?: DoubleLinkNode | null;constructor(key, val, freq) {this.freq = freq;this.key = key;this.val = val;}
}// 双向链表
class DoubleLink {size: number;head: DoubleLinkNode | null;tail: DoubleLinkNode | null;constructor() {this.size = 0;this.head = null;this.tail = null;}// 删除一个节点remove(node: DoubleLinkNode) {// 空链表if (this.size < 1) {return;}// 只有一个元素if (this.size === 1) {this.size = 0;this.head = null;this.tail = null;return;}// 删的是头结点if (node === this.head) {const nextNode = node.next;nextNode.prev = null;this.head = nextNode;this.size--;return;}// 删的是尾结点if (node === this.tail) {const prevNode = node.prev;prevNode.next = null;this.tail = prevNode;this.size--;return;}// 正常删中间节点const prevNode = node.prev;const nextNode = node.next;prevNode.next = nextNode;nextNode.prev = prevNode;this.size--;}// 在尾部插入一个节点addLast(node: DoubleLinkNode) {// 空链表if (this.size === 0) {this.head = node;this.tail = node;} else {// 非空链表const curTail = this.tail;curTail.next = node;node.prev = curTail;this.tail = node;}this.size++;}// 是否是空链表isEmpty() {return this.size === 0;}
}// 实现LFU缓存
class LFUCache {keyToNodeMap: Map<number, DoubleLinkNode>;freqToKeysMap: Map<number, DoubleLink>;capacity: number;minFreq: number;constructor(capacity: number) {this.keyToNodeMap = new Map();this.freqToKeysMap = new Map();this.capacity = capacity;this.minFreq = 0;}get(key: number): number {if (!this.keyToNodeMap.has(key)) {return -1;}const node = this.keyToNodeMap.get(key);// 增加频次this.increaseFreq(node);return node.val;}put(key: number, value: number): void {// key已经存在if (this.keyToNodeMap.has(key)) {// 修改对应的node的val即可const node = this.keyToNodeMap.get(key);node.val = value;this.increaseFreq(node);} else {// key不存在// 容量满了if (this.keyToNodeMap.size >= this.capacity) {// 删除最小频次中最久没使用的this.removeMinFreqKey();}// ------------正式开始插入------------const newNode = new DoubleLinkNode(key, value, 1);this.keyToNodeMap.set(key, newNode);if (!this.freqToKeysMap.get(1)) {this.freqToKeysMap.set(1, new DoubleLink());}// 维护频次表const link = this.freqToKeysMap.get(1);link.addLast(newNode);// 插入新 key 后最小的 freq 肯定是 1this.minFreq = 1;}}// 增加频次increaseFreq(node: DoubleLinkNode) {const oldFreq = node.freq;const newFreq = node.freq + 1;node.freq = newFreq;// 维护频次表const oldFreqLink = this.freqToKeysMap.get(oldFreq);// 从旧频次表中删除这个nodeoldFreqLink.remove(node);if (oldFreqLink.isEmpty()) {this.freqToKeysMap.delete(oldFreq);// 如果这个频次正好是最低频次，记得更新最小频次if (this.minFreq === oldFreq) {this.minFreq = newFreq;}}// 维护新频次表if (!this.freqToKeysMap.get(newFreq)) {this.freqToKeysMap.set(newFreq, new DoubleLink());}const newFreqLink = this.freqToKeysMap.get(newFreq);newFreqLink.addLast(node);}// 删除最小频次中最久没使用的removeMinFreqKey() {const minFreqLink = this.freqToKeysMap.get(this.minFreq);// 其中最先被插入的那个 node 就是该被淘汰的 nodeconst deletedNode = minFreqLink.head;// 维护最小频次mapminFreqLink.remove(deletedNode);if (minFreqLink.isEmpty()) {this.freqToKeysMap.delete(this.minFreq);}// key表中删除对应Nodethis.keyToNodeMap.delete(deletedNode.key);}// log调试方法print() {console.log('keyToNodeMap: ', this.keyToNodeMap);console.log('freqToKeysMap: ', this.freqToKeysMap);}
}

思路

LFU（Least Frequently Used）缓存是一种缓存淘汰策略，它根据元素的使用频率来决定哪些元素应该被淘汰。在你提供的代码中，LFUCache 类实现了这种策略，下面是它的工作原理的详细描述：

数据结构：
- DoubleLinkNode：表示双向链表中的节点，包含键（key）、值（val）和频率（freq）。
- DoubleLink：表示双向链表，包含头尾节点以及链表的大小。
- Map：keyToNodeMap 用于存储键到节点的映射，freqToKeysMap 用于存储频率到键的映射。
构造函数：
- 初始化 LFUCache 时，设置缓存的容量（capacity），并初始化键到节点的映射和频率到键的映射。
get 方法：
- 检查键是否存在于 keyToNodeMap 中。
- 如果存在，找到对应的节点，并调用 increaseFreq 方法来增加节点的使用频率。
- 返回节点的值。
put 方法：
- 检查键是否已存在：
  - 如果存在，更新节点的值，并增加频率。
  - 如果不存在，并且缓存已满，则调用 removeMinFreqKey 方法来删除最小频率的键。
- 创建新节点，并将其添加到 keyToNodeMap 和 freqToKeysMap 中。
increaseFreq 方法：
- 增加节点的使用频率。
- 从旧频率的链表中删除节点，并检查是否需要更新最小频率。
- 将节点添加到新频率的链表中。
removeMinFreqKey 方法：
- 找到最小频率链表的头节点，即最久未使用的节点。
- 从链表中删除该节点，并更新 freqToKeysMap。
- 从 keyToNodeMap 中删除对应的键。
print 方法：
- 用于调试，打印当前的键到节点映射和频率到键的映射。