문제

지도개발팀에서 근무하는 제이지는 지도에서 도시 이름을 검색하면 해당 도시와 관련된 맛집 게시물들을 데이터베이스에서 읽어 보여주는 서비스를 개발하고 있다.
이 프로그램의 테스팅 업무를 담당하고 있는 어피치는 서비스를 오픈하기 전 각 로직에 대한 성능 측정을 수행하였는데, 제이지가 작성한 부분 중 데이터베이스에서 게시물을 가져오는 부분의 실행시간이 너무 오래 걸린다는 것을 알게 되었다.
어피치는 제이지에게 해당 로직을 개선하라고 닦달하기 시작하였고, 제이지는 DB 캐시를 적용하여 성능 개선을 시도하고 있지만 캐시 크기를 얼마로 해야 효율적인지 몰라 난감한 상황이다.

어피치에게 시달리는 제이지를 도와, DB 캐시를 적용할 때 캐시 크기에 따른 실행시간 측정 프로그램을 작성하시오.

입력 형식

• 캐시 크기(cacheSize)와 도시이름 배열(cities)을 입력받는다.
• cacheSize는 정수이며, 범위는 0 ≦ cacheSize ≦ 30 이다.
• cities는 도시 이름으로 이뤄진 문자열 배열로, 최대 도시 수는 100,000개이다.
• 각 도시 이름은 공백, 숫자, 특수문자 등이 없는 영문자로 구성되며, 대소문자 구분을 하지 않는다. 도시 이름은 최대 20자로 이루어져 있다.

출력 형식

• 입력된 도시이름 배열을 순서대로 처리할 때, "총 실행시간"을 출력한다.

조건

• 캐시 교체 알고리즘은 LRU(Least Recently Used)를 사용한다.
• cache hit일 경우 실행시간은 1이다.
• cache miss일 경우 실행시간은 5이다.

입출력 예제

캐시크기(cacheSize)	도시이름(cities)	실행시간
3	["Jeju", "Pangyo", "Seoul", "NewYork", "LA", "Jeju", "Pangyo", "Seoul", "NewYork", "LA"]	50
3	["Jeju", "Pangyo", "Seoul", "Jeju", "Pangyo", "Seoul", "Jeju", "Pangyo", "Seoul"]	21
2	["Jeju", "Pangyo", "Seoul", "NewYork", "LA", "SanFrancisco", "Seoul", "Rome", "Paris", "Jeju", "NewYork", "Rome"]	60
5	["Jeju", "Pangyo", "Seoul", "NewYork", "LA", "SanFrancisco", "Seoul", "Rome", "Paris", "Jeju", "NewYork", "Rome"]	52
2	["Jeju", "Pangyo", "NewYork", "newyork"]	16
0	["Jeju", "Pangyo", "Seoul", "NewYork", "LA"]	25

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풀이

LRU(Least Recently Used)

: 캐시는 제한된 용량을 가지고 있으므로, 캐시 메모리에 새로운 데이터를 저장하기 전에 가장 오래된 데이터를 제거하여 새로운 데이터를 저장할 공간을 확보하는 방식

• cache hit 캐시에 해당 데이터가 있는 경우 → 캐시에서 데이터를 가져옴
• cache miss : 캐시에 해당 데이터가 없는 경우 → 캐시에 저장

먼저 캐시를 연결리스트로 구현하기 위해
연결리스트의 노드를 나타내는 Node 클래스와 연결리스트 자체를 구현하는 LinkedList 클래스를 만들었다.
LinkedList는 속성으로 head, tail, size, capacity를 가지고, find(), insert(), remove() 메소드를 가진다.

// 연결리스트의 노드
class Node {
    constructor(value) {
        this.value = value;
        this.next = null;
    }
}

// 연결리스트
class LinkedList {
    constructor(capacity) {
        this.head = null;
        this.tail = null;
        this.size = 0;
        this.capacity = capacity;
    }
    
    find(value) {
        let currentNode = this.head;
        while(currentNode !== null) { // tail까지 갈때까지
            if (currentNode.value === value) { 
                return true;
            }
            currentNode = currentNode.next; // 현재 노드가 찾는 값이 아니라면 다음 노드로 이동
        }
        return false;
    }
    
    insert(value) {
        const newNode = new Node(value);
        if (this.head === null) {
            this.head = newNode;
            this.tail = newNode;
        } else {
            this.tail.next = newNode;
            this.tail = newNode;
        }
        this.size++;
        
        if (this.size > this.capacity) {
            // 가장 오래된 노드 삭제
            this.head = this.head.next;
            this.size--;
        }
    }
    
    remove(value) {
        let currentNode = this.head; // head부터 시작
        let prevNode = null;
        while (currentNode !== null) { // currentNode가 null이 될때까지 (연결리스트를 끝까지 순회)
            if (currentNode.value === value) { // 삭제할 노드를 찾았을 때
                if (prevNode === null) { // currentNode가 맨 앞인 경우
                    this.head = currentNode.next;
                } else if (currentNode.next === null) { // currentNode가 맨 끝에 있는 경우
                    prevNode.next = null;
                    this.tail = prevNode;
                } else { // currentNode가 중간에 끼어있는 경우
                    prevNode.next = currentNode.next; // 삭제할 노드의 이전 노드가 다음 노드를 가르키도록
                }
                this.size--;
                return true;
            }

            prevNode = currentNode;
            currentNode = currentNode.next; // 못찾았다면 다음 노드로 이동
        }
        
        return false;
    }
}

find(value)

: 연결리스트에서 value 값이 존재하는지 찾는 메소드

• head부터 시작하여 마지막 노드까지 차례대로 value를 비교하여 값을 찾으면 true를 반환하고,
• 찾지 못하면 false를 반환한다.

insert(value)

: 연결리스트에 새로운 노드를 삽입하는 메소드

• 새로운 노드를 생성하여 연결리스트의 꼬리에 연결한다.
• 만약 연결리스트가 비어있다면 (head가 null인 경우) 해당 노드를 head와 tail로 지정한다.
• 노드를 삽입할 때마다 캐시의 용량을 초과하는지 확인하고, 용량을 초과한다면 가장 오래된 노드인 head를 삭제하고, head 다음에 있는 노드를 새로운 head로 지정한다.

remove(value)

: 연결리스트에서 value 값을 가진 노드를 삭제하는 메소드

• find()와 마찬가지로 head부터 시작하여 마지막 노드까지 순회하면서 삭제할 노드를 찾는다.
• 삭제할 노드의 위치에 따라 세 가지 경우로 나누어 처리한다.
  1. 맨 앞에 있는 노드(head)를 삭제하는 경우
  2. 맨 끝에 있는 노드(tail)를 삭제하는 경우
  3. 중간에 있는 노드를 삭제하는 경우
• 삭제된 경우 true를 반환하고, 삭제할 노드가 없으면 false를 반환한다.

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이렇게 구현한 LinkedList 클래스를 이용해, 캐시 객체를 만든다.
cities 배열을 순회하면서, 만약 캐시에 해당 도시가 있는 경우에는 캐시에서 해당 도시를 삭제하고 맨 뒤에 다시 삽입하여 최근에 사용된 것으로 처리한다. 그리고 cache hit이므로 시간을 +1 해준다.

만약 캐시에 해당 도시가 없는 경우에는 캐시에 해당 도시를 삽입한다. 그리고 cache miss이므로 시간을 +5해준다.
cities를 모두 순회한 후에는 최종적으로 계산된 실행 시간 time 변수를 리턴해주면 된다.

function solution(cacheSize, cities) {
    let time = 0;
    const cache = new LinkedList(cacheSize);
    
    for (let city of cities) {
        city = city.toUpperCase();
        if (cache.find(city)) {
            // cache hit
            cache.remove(city); // cache에서 city 잘라서 맨 뒤에 붙이기
            cache.insert(city);
            time += 1;
        } else {
            // cache miss
            cache.insert(city);
            time += 5;
        }
    }
    return time;
}