package 实现类功能;
/**
 * 题目： 146. LRU 缓存 (LRUCache)
 * 描述：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 1：
 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]

 * 链接：https://leetcode.cn/problems/lru-cache/
 */
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
//二刷不会 学习

/**
 * 对于 get 操作，首先判断 key 是否存在：
 * 如果 key 不存在，则返回 −1；
 * 如果 key 存在，则 key 对应的节点是最近被使用的节点。通过哈希表定位到该节点在双向链表中的位置，并将其移动到双向链表的头部，最后返回该节点的值。
 *
 * 对于 put 操作，首先判断 key 是否存在：
 * 如果 key 不存在，使用 key 和 value 创建一个新的节点，在双向链表的头部添加该节点，并将 key 和该节点添加进哈希表中。然后判断双向链表的节点数是否超出容量，如果超出容量，则删除双向链表的尾部节点，并删除哈希表中对应的项；
 * 如果 key 存在，则与 get 操作类似，先通过哈希表定位，再将对应的节点的值更新为 value，并将该节点移到双向链表的头部。
 *
 *
 * 注意，key和value不必相等
 */
public class LRUCache {

    /* ----------------------------- 链表节点定义 ----------------------------- */

    /**
     * 双向链表节点
     */
    class DLinkedNode {
        int key;          // 保存 key：便于淘汰节点时同步从 cache 中删除
        int value;        // 保存 value
        DLinkedNode prev; // 前驱
        DLinkedNode next; // 后继

        public DLinkedNode() {}

        public DLinkedNode(int _key, int _value) {
            key = _key;
            value = _value;
        }
    }

    /* ----------------------------- 成员变量 ----------------------------- */

    private final Map<Integer, DLinkedNode> cache = new HashMap<>(); // 哈希表
    private int size;       // 当前键值对数量
    private final int capacity; // 最大容量

    // 伪头、伪尾（固定不动）
    private final DLinkedNode head;
    private final DLinkedNode tail;

    /* ----------------------------- 构造函数 ----------------------------- */

    /**
     * @param capacity 缓存最大容量 (正整数)
     */
    public LRUCache(int capacity) {
        this.size = 0;
        this.capacity = capacity;

        // 创建伪头、伪尾并相连
        head = new DLinkedNode();
        tail = new DLinkedNode();
        head.next = tail;
        tail.prev = head;
    }

    /* ----------------------------- 公共接口 ----------------------------- */

    /**
     * @param key 查询的键
     * @return 若存在则返回对应 value，否则返回 -1
     */
    public int get(int key) {
        DLinkedNode node = cache.get(key);
        if (node == null) {            // 不存在
            return -1;
        }
        // 存在：移动到链表头部（标记为最近使用）
        moveToHead(node);
        return node.value;
    }

    /**
     * 写入或更新键值对
     * @param key   键
     * @param value 值
     */
    public void put(int key, int value) {
        DLinkedNode node = cache.get(key);

        if (node == null) {
            /* ---------- 新键 ---------- */
            DLinkedNode newNode = new DLinkedNode(key, value);
            cache.put(key, newNode); // 哈希表记录
            addToHead(newNode);      // 链表头插
            ++size;

            // 超容量：弹出尾节点（最久未使用）
            if (size > capacity) {
                DLinkedNode tail = removeTail(); // 真尾节点
                cache.remove(tail.key);          // 同步删除哈希表项
                --size;
            }
        } else {
            /* ---------- 已存在键：更新值并提到头部 ---------- */
            node.value = value;
            moveToHead(node);
        }
    }

    /* ----------------------------- 链表操作辅助 ----------------------------- */

    /**
     * 将节点插到伪头之后（链表头部）
     */
    private void addToHead(DLinkedNode node) {
        node.prev = head;
        node.next = head.next;
        head.next.prev = node;
        head.next = node;
    }

    /**
     * 从当前链表中删除节点（不删除哈希表项）
     */
    private void removeNode(DLinkedNode node) {
        node.prev.next = node.next;
        node.next.prev = node.prev;
    }

    /**
     * 将节点移动到头部：先删再头插
     */
    private void moveToHead(DLinkedNode node) {
        removeNode(node);
        addToHead(node);
    }

    /**
     * 弹出尾部节点（真尾 = 伪尾的前驱）
     * @return 被移除的节点
     */
    private DLinkedNode removeTail() {
        DLinkedNode res = tail.prev;
        removeNode(res);
        return res;
    }
}