Map 大家族的那點(diǎn)事兒 ( 5 ) ：WeakHashMap
2018-09-13 來(lái)源：importnew
WeakHashMap是一個(gè)基于Map接口實(shí)現(xiàn)的散列表，實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)與HashMap類(lèi)似（都有負(fù)載因子、散列函數(shù)等等，但沒(méi)有HashMap那么多優(yōu)化手段），它的特殊之處在于每個(gè)key都是一個(gè)弱引用。
首先我們要明白什么是弱引用，Java將引用分為四類(lèi)（從JDK1.2開(kāi)始），強(qiáng)度依次逐漸減弱：
- 強(qiáng)引用： 就是平常使用的普通引用對(duì)象，例如
Object obj = new Object()，這就是一個(gè)強(qiáng)引用，強(qiáng)引用只要還存在，就不會(huì)被垃圾收集器回收。 - 軟引用： 軟引用表示一個(gè)還有用但并非必需的對(duì)象，不像強(qiáng)引用，它還需要通過(guò)SoftReference類(lèi)來(lái)間接引用目標(biāo)對(duì)象（除了強(qiáng)引用都是如此）。被軟引用關(guān)聯(lián)的對(duì)象，在將要發(fā)生內(nèi)存溢出異常之前，會(huì)被放入回收范圍之中以進(jìn)行第二次回收（如果第二次回收之后依舊沒(méi)有足夠的內(nèi)存，那么就會(huì)拋出OOM異常）。
- 弱引用： 同樣是表示一個(gè)非必需的對(duì)象，但要比軟引用的強(qiáng)度還要弱，需要通過(guò)WeakReference類(lèi)來(lái)間接引用目標(biāo)對(duì)象。被弱引用關(guān)聯(lián)的對(duì)象只能存活到下一次垃圾回收發(fā)生之前，當(dāng)觸發(fā)垃圾回收時(shí)，無(wú)論當(dāng)前內(nèi)存是否足夠，都會(huì)回收掉只被弱引用關(guān)聯(lián)的對(duì)象（如果這個(gè)對(duì)象還被強(qiáng)引用所引用，那么就不會(huì)被回收）。
- 虛引用： 這是一種最弱的引用關(guān)系，需要通過(guò)PhantomReference類(lèi)來(lái)間接引用目標(biāo)對(duì)象。一個(gè)對(duì)象是否有虛引用的存在，完全不會(huì)對(duì)其生存時(shí)間構(gòu)成影響，也無(wú)法通過(guò)虛引用來(lái)獲得對(duì)象實(shí)例。虛引用的唯一作用就是能在這個(gè)對(duì)象被回收時(shí)收到一個(gè)系統(tǒng)通知（結(jié)合ReferenceQueue使用）�；谶@點(diǎn)可以通過(guò)虛引用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)象的析構(gòu)函數(shù)，這比使用
finalize()函數(shù)是要靠譜多了。
WeakHashMap適合用來(lái)當(dāng)做一個(gè)緩存來(lái)使用。假設(shè)你的緩存系統(tǒng)是基于強(qiáng)引用實(shí)現(xiàn)的，那么你就必須以手動(dòng)（或者用一條線程來(lái)不斷輪詢）的方式來(lái)刪除一個(gè)無(wú)效的緩存項(xiàng)，而基于弱引用實(shí)現(xiàn)的緩存項(xiàng)只要沒(méi)被其他強(qiáng)引用對(duì)象關(guān)聯(lián)，就會(huì)被直接放入回收隊(duì)列。
需要注意的是，只有key是被弱引用關(guān)聯(lián)的，而value一般都是一個(gè)強(qiáng)引用對(duì)象。因此，需要確保value沒(méi)有關(guān)聯(lián)到它的key，否則會(huì)對(duì)key的回收產(chǎn)生阻礙。在極端的情況下，一個(gè)value對(duì)象A引用了另一個(gè)key對(duì)象D，而與D相對(duì)應(yīng)的value對(duì)象C又反過(guò)來(lái)引用了與A相對(duì)應(yīng)的key對(duì)象B，這就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)引用循環(huán)，導(dǎo)致D與B都無(wú)法被正�；厥铡Ｏ胍鉀Q這個(gè)問(wèn)題，就只能把value也變成一個(gè)弱引用，例如m.put(key, new WeakReference(value))，弱引用之間的互相引用不會(huì)產(chǎn)生影響。
查找操作的實(shí)現(xiàn)跟HashMap相比簡(jiǎn)單了許多，只要讀懂了HashMap，基本都能看懂，源碼如下：
/**
* Value representing null keys inside tables.
*/
private static final Object NULL_KEY = new Object();
/**
* Use NULL_KEY for key if it is null.
*/
private static Object maskNull(Object key) {
return (key == null) ? NULL_KEY : key;
}
/**
* Returns index for hash code h.
*/
private static int indexFor(int h, int length) {
return h & (length-1);
}
public V get(Object key) {
// WeakHashMap允許null key與null value
// null key會(huì)被替換為一個(gè)虛擬值
Object k = maskNull(key);
int h = hash(k);
Entry<K,V>[] tab = getTable();
int index = indexFor(h, tab.length);
Entry<K,V> e = tab[index];
// 遍歷鏈表
while (e != null) {
if (e.hash == h && eq(k, e.get()))
return e.value;
e = e.next;
}
return null;
}
盡管key是一個(gè)弱引用，但仍需手動(dòng)地回收那些已經(jīng)無(wú)效的Entry。這個(gè)操作會(huì)在getTable()函數(shù)中執(zhí)行，不管是查找、添加還是刪除，都需要調(diào)用getTable()來(lái)獲得buckets數(shù)組，所以這是種防止內(nèi)存泄漏的被動(dòng)保護(hù)措施。
/**
* The table, resized as necessary. Length MUST Always be a power of two.
*/
Entry<K,V>[] table;
/**
* Reference queue for cleared WeakEntries
*/
private final ReferenceQueue<Object> queue = new ReferenceQueue<>();
/**
* Expunges stale entries from the table.
*/
private void expungeStaleEntries() {
// 遍歷ReferenceQueue，然后清理table中無(wú)效的Entry
for (Object x; (x = queue.poll()) != null; ) {
synchronized (queue) {
@SuppressWarnings("unchecked")
Entry<K,V> e = (Entry<K,V>) x;
int i = indexFor(e.hash, table.length);
Entry<K,V> prev = table[i];
Entry<K,V> p = prev;
while (p != null) {
Entry<K,V> next = p.next;
if (p == e) {
if (prev == e)
table[i] = next;
else
prev.next = next;
// Must not null out e.next;
// stale entries may be in use by a HashIterator
e.value = null; // Help GC
size--;
break;
}
prev = p;
p = next;
}
}
}
}
/**
* Returns the table after first expunging stale entries.
*/
private Entry<K,V>[] getTable() {
expungeStaleEntries();
return table;
}
然后是插入操作與刪除操作，實(shí)現(xiàn)都比較簡(jiǎn)單：
public V put(K key, V value) {
Object k = maskNull(key);
int h = hash(k);
Entry<K,V>[] tab = getTable();
int i = indexFor(h, tab.length);
for (Entry<K,V> e = tab[i]; e != null; e = e.next) {
if (h == e.hash && eq(k, e.get())) {
V oldValue = e.value;
if (value != oldValue)
e.value = value;
return oldValue;
}
}
modCount++;
Entry<K,V> e = tab[i];
// e被連接在new Entry的后面
tab[i] = new Entry<>(k, value, queue, h, e);
if (++size >= threshold)
resize(tab.length * 2);
return null;
}
public V remove(Object key) {
Object k = maskNull(key);
int h = hash(k);
Entry<K,V>[] tab = getTable();
int i = indexFor(h, tab.length);
Entry<K,V> prev = tab[i];
Entry<K,V> e = prev;
while (e != null) {
Entry<K,V> next = e.next;
if (h == e.hash && eq(k, e.get())) {
modCount++;
size--;
if (prev == e)
tab[i] = next;
else
prev.next = next;
return e.value;
}
prev = e;
e = next;
}
return null;
}
我們并沒(méi)有在put()函數(shù)中發(fā)現(xiàn)key被轉(zhuǎn)換成弱引用，這是怎么回事？key只有在第一次被放入buckets數(shù)組時(shí)才需要轉(zhuǎn)換成弱引用，也就是new Entry<>(k, value, queue, h, e)，WeakHashMap的Entry實(shí)現(xiàn)其實(shí)就是WeakReference的子類(lèi)。
/**
* The entries in this hash table extend WeakReference, using its main ref
* field as the key.
*/
private static class Entry<K,V> extends WeakReference<Object> implements Map.Entry<K,V> {
V value;
final int hash;
Entry<K,V> next;
/**
* Creates new entry.
*/
Entry(Object key, V value,
ReferenceQueue<Object> queue,
int hash, Entry<K,V> next) {
super(key, queue);
this.value = value;
this.hash = hash;
this.next = next;
}
@SuppressWarnings("unchecked")
public K getKey() {
return (K) WeakHashMap.unmaskNull(get());
}
public V getValue() {
return value;
}
public V setValue(V newValue) {
V oldValue = value;
value = newValue;
return oldValue;
}
public boolean equals(Object o) {
if (!(o instanceof Map.Entry))
return false;
Map.Entry<?,?> e = (Map.Entry<?,?>)o;
K k1 = getKey();
Object k2 = e.getKey();
if (k1 == k2 || (k1 != null && k1.equals(k2))) {
V v1 = getValue();
Object v2 = e.getValue();
if (v1 == v2 || (v1 != null && v1.equals(v2)))
return true;
}
return false;
}
public int hashCode() {
K k = getKey();
V v = getValue();
return Objects.hashCode(k) ^ Objects.hashCode(v);
}
public String toString() {
return getKey() + "=" + getValue();
}
}
有關(guān)使用WeakReference的一個(gè)典型案例是ThreadLocal，感興趣的讀者可以參考我之前寫(xiě)的博客聊一聊Spring中的線程安全性。
標(biāo)簽： 安全
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