HashMap 之弱引用 - WeakHashMap
■ Java 引用的相关知识
1. 强引用
Object o = new Object();
- 强引用是Java 默认实现 的引用，JVM会尽可能长时间的保留强引用的存在（直到内存溢出）
- 当内存空间不足，Java虚拟机宁愿抛出OutOfMemoryError错误，使程序异常终止，也不会靠随意回收具有强引用的对象来解决内存不足的问题：只有当没有任何对象指向它时JVM将会回收
2. 软引用
public class SoftReference<T> extends Reference<T> {...}
- 软引用只会在虚拟机 内存不足 的时候才会被回收
- 软引用可以和一个引用队列（ReferenceQueue）联合使用，如果软引用所引用的对象被垃圾回收器回收，Java虚拟机就会把这个软引用加入到与之关联的引用队列中
3. 弱引用
public class WeakReference<T> extends Reference<T> {...}
- 弱引用是指当对象没有任何的强引用存在，在 下次GC回收 的时候它将会被回收
- 在垃圾回收器线程扫描它所管辖的内存区域的过程中，一旦发现了只具有弱引用的对象，不管当前内存空间足够与否，都会回收它的内存
- 需要注意的是：由于垃圾回收器是一个优先级很低的线程，因此不一定会很快发现那些只具有弱引用的对象
■ WeakHashMap 的认识：
- WeakHashMap 是存储键值对(key-value)的非同步且无序的散列表，键和值都允许为null，基本跟 HashMap一致
- 特殊之处在于 WeakHashMap 里的entry可能会被GC自动删除，即使没有主动调用 remove() 或者 clear() 方法
- 其键为弱键，除了自身有对key的引用外，此key没有其他引用那么此map会自动丢弃此值
- 在《Effective Java》一书中第六条，消除陈旧对象时，提到了weakHashMap，用于短时间内就过期的缓存
- 由于与JDK1.7版本的HashMap实现原理一致（具体请参见笔者的 HashMap一文通），这里只讨论不同
- 若有机会写JVM篇的垃圾回收机制时会再进一步描述 Reference
1. 类定义
public class WeakHashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V> implements Map<K,V>
2. 重要的全局变量
/** * The default initial capacity -- MUST be a power of two. * 默认容量，必须是2次幂 */ private static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16; /** * The maximum capacity, used if a higher value is implicitly specified by either of the * constructors with arguments. MUST be a power of two <= 1<<30. * 最大容量，必须为2次幂且 <= 1<<30 */ private static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30; /** * The load factor used when none specified in constructor. * 负载因子 */ private static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f; /** * The table, resized as necessary. Length MUST Always be a power of two. * 容量必须为2次幂的数组 */ Entry<K,V>[] table; /** * The number of key-value mappings contained in this weak hash map. * 拥有键值对的数量 */ private int size; /** * The next size value at which to resize (capacity * load factor). * 阈值 -- 扩容判断依据 */ private int threshold; /** * The load factor for the hash table. */ private final float loadFactor; /** * Reference queue for cleared WeakEntries * 引用队列，用于存储已被GC清除的WeakEntries */ private final ReferenceQueue<Object> queue = new ReferenceQueue<>();
3. 构造器
// 默认构造函数 WeakHashMap() // 指定"容量大小"的构造函数 WeakHashMap(int capacity) // 指定"容量大小"和"负载因子"的构造函数 WeakHashMap(int capacity, float loadFactor) // 包含"子Map"的构造函数 WeakHashMap(Map<? extends K, ? extends V> map)
- 实现跟JDK1.7版本HashMap的实现一致,具体请参见笔者的 HashMap - 基于哈希表和 Map 接口的键值对利器 （JDK 1.7）
4. Entry
/** * The entries in this hash table extend WeakReference, using its main ref field as the key. * 该Enty继承WeakReference，从而具备弱引用的特性 */ private static class Entry<K,V> extends WeakReference<Object> implements Map.Entry<K,V> { V value; int hash; Entry<K,V> next;//链表 /** * 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; } .... }
■ WeakHashMap 的重要方法
- 常规 put(), get(), remove() 等不详细研究，来看下比较关键的 expungeStaleEntries()
/** * Expunges stale entries from the table. -- 删除过时的entry * 该方法是实现弱键回收的最关键方法，也是区分HashMap的根本方法 * 核心：移除table和queue的并集元素（queue中存储是已被GC的key，注意是key！！） * 效果：key在GC的时候被清除，value在key清除后访问WeakHashMap被清除 */ private void expungeStaleEntries() { //从队列中出队遍历 //poll 移除并返问队列头部的元素；如果队列为空，则返回null for (Object x; (x = queue.poll()) != null; ) { synchronized (queue) { //值得一提的是WeakHashMap是非线程安全的，这里却同步了一下 //大神原本的用意是保证在多线程时能不破坏数据结构，但JavaDoc已经强调这类非安全，如下文 //http://bugs.java.com/bugdatabase/view_bug.do?bug_id=6425537 @SuppressWarnings("unchecked") Entry<K,V> e = (Entry<K,V>) x; //找到该队列中的元素在数组中的位置，并移除该元素（table和queue都需要移除） 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 移除value size--; break; } prev = p; p = next; } } } }
