当弱引用对象成为集合元素时(转)

当我们在系统用到某些占用内存较多的大对象，且该对象并不会被频繁使用（例如缓存场景）时，若考虑性能因素，或许我们可以选择使用弱引用（WeakReference）对象。弱引用对象就像是对象之中的“无间行者”，行走于“活动”与“非活动”状态之间。即使该对象存在引用，垃圾回收器仍然可以对其进行回收，这使得我们对该对象的调用始终存在一种不可预知性，除非我们通过Target属性赋给对象，以创建强引用，否则我们始终处于这种忧虑之中。这让我们常常感到左右为难，但在一些追求性能的场景下，使用弱引用未尝不是明智的选择。只要我们遵循一定的原则，例如在每次调用弱引用对象时，首先判断其是否为null，就不会存在太大的问题（如果考虑并发，则需要lock，通常需要做两次对null的判断，就如在Singleton模式中对并发支持的实现一样）。然而，当我们在一个集合对象中存储弱引用对象时，问题就出现了意想不到的变化。

首先是对集合Count属性的判断。如果一个集合对象在某个时刻存储了10个弱引用对象，当我们调用该集合的Count属性时，返回的值应该是多少？很显然，我们不能做预先的判断。事实上，因为弱引用对象的存在，一个本身线程安全的调用却出现了并发问题。因为在调用Count属性期间，GC正有可能回收集合中的某些元素对象。

其次是对迭代器的支持。我们知道，在对IEnumerable进行Foreach遍历时，不允许我们Add或Remove集合的元素，否则遍历就会失败。如果没有弱引用对象，一切都是美好的。但在我们遍历存储了弱引用对象的集合时，GC就会像幽灵一般，不知什么时候钻出来捣乱，改变集合元素的个数。很显然，这样的集合对迭代器的支持是不安全的。

实质上，这两个问题的本源是相同的，起因就是弱引用的特殊性。如何解决这个问题？一个简单办法是定义自己的弱引用集合，对集合对象进行一个简单的Wrapper，同时隐藏Count属性，以及其对IEnumerable的支持。例如，定义一个弱引用列表：

public sealed class WeakReferenceList<T>
{
    private List<WeakReference> m_list;

    public void Add(T object)
    {
        //这里使用短弱引用，一般不建议使用长弱引用；
        m_list.Add(new WeakReference(object));
    }
    //其它成员
}

WeakReferenceList类并没有提供GetEnumerator()方法的必要，原因如前所述。至于Count属性，我们是否可以通过查询条件，以过滤那些值为null的对象呢？例如：

public int Count
{
    get
    {
        return m_list.Count(e => e.IsAlive);
    }
}

表面看来这是可行的，可是彼时返回的值，在使用该值的时候未必正确，即使对其进行lock，也无法保证其正确性。与其如此，还不如不提供Count属性。

剩下一个问题是如何获得WeakReferenceList的元素？我们需要为其实现特有的索引器。例如：

public T this[int index]
{
    get
    {
        //这里仍然使用了Count属性（这说明我们可以定义一个私有属性Count）
        if (index < 0 || index >= this.Count)
        {
            throw new IndexOutOfRangeException();
        }
        else
         {
            if (m_list[index].Target != null)
            {
                return (T)m_list[index].Target;
            }
            else
            {
                throw new Exception("The object is collected by GC.")
            }
        }
    }
}
private int Count
{
    get
    {
        return m_list.Count(e => e.IsAlive);
    }
}

更好地管理弱引用对象的集合是HashTable，这也是缓存的一种好的存储机制。关于HashTable对弱引用对象的应用，请参见Jared Parsons的文章Building a WeakReference Hashtable。实际上，本文正是借鉴了该文的思想。