java集合的底层原理（Map的底层原理（WeakHashMap）四）

「爱情、让人受尽委屈。」 2023-02-17 03:15 52阅读 0赞

一、概念相关

WeakHashMap  ，从名字上看，  直接翻译就知道，这是一种弱的HashMap,那这个弱字表面看起来有点不好理解，其实这是跟对象引用相关的，先熟悉了对象引用原理，再来理解这个弱字就很容易了，如不明白对象引用原理，大家可以看看这篇博文 J[ava中的对象、对象引用及对象引用分类][ava]

弄明白了对象引用原理，就明白我们的WeakHashMap是基于弱引用的，也就是说只要垃圾回收机制一开启，就直接开始了扫荡，看见了就清除。

那我们为什么需要 WeakHashMap 呢？

WeakHashMap正是由于使用的是弱引用，因此它的对象可能被随时回收。更直观的说，当使用 WeakHashMap 时，即使没有删除任何元素，它的尺寸、get方法也可能不一样。比如：

（1）调用两次size()方法返回不同的值；第一次为10，第二次就为8了。

（2）两次调用isEmpty()方法，第一次返回false，第二次返回true；

（3）两次调用containsKey()方法，第一次返回true，第二次返回false；

（4）两次调用get()方法，第一次返回一个value，第二次返回null；

咋一想，这种飘忽不定的东西好像没什么用，试想一下，你准备使用WeakHashMap保存一些数据，写着写着都没了，那还保存个啥呀。

不过有一种场景，最喜欢这种飘忽不定、一言不合就删除的东西。那就是缓存。在缓存场景下，由于内存是有限的，不能缓存所有对象，因此就需要一定的删除机制，淘汰掉一些对象。

二、工作原理

1、WeakHashMap为什么具有弱引用的特点：随时被回收对象

这个问题就比较简单了，我们的目的主要是验证。WeakHashMap是基于弱引用的，肯定就具有了弱引用的性质。我们去他的部分源码中看一下：

public class WeakHashMap<K,V>
        extends AbstractMap<K,V>
        implements Map<K,V> {
        /**
         * The default initial capacity -- MUST be a power of two.
         */
        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.
         */
        private static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
    
        /**
         * The load factor used when none specified in constructor.
         */
        private static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
    
        /**
         * Reference queue for cleared WeakEntries
         */
        private final ReferenceQueue<Object> queue = new ReferenceQueue<>();
    
        /**
         * The table, resized as necessary. Length MUST Always be a power of two.
         */
        Entry<K,V>[] table;
        public WeakHashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
            if (initialCapacity < 0)
                throw new IllegalArgumentException("Illegal Initial Capacity: "+
                                                   initialCapacity);
            if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY)
                initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY;
    
            if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor))
                throw new IllegalArgumentException("Illegal Load factor: "+
                                                   loadFactor);
            int capacity = 1;
            while (capacity < initialCapacity)
                capacity <<= 1;
            table = newTable(capacity);
            this.loadFactor = loadFactor;
            threshold = (int)(capacity * loadFactor);
        }
    
        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;
            }
    }

从这里我们可以看到其内部的Entry继承了WeakReference，也就是弱引用，所以就具有了弱引用的特点。不过还要注意一点，那就是ReferenceQueue，他的作用是GC会清理掉对象之后，引用对象会被放到ReferenceQueue中。

2、WeakHashMap中的Entry被GC后，WeakHashMap是如何将其移除的？

意思是某一个Entry突然被垃圾回收了，这之后WeakHashMap肯定就不能保留这个Entry了，那他是如何将其移除的呢？

WeakHashMap内部有一个expungeStaleEntries函数，在这个函数内部实现移除其内部不用的entry从而达到的自动释放内存的目的。因此我们每次访问WeakHashMap的时候，都会调用这个expungeStaleEntries函数清理一遍。这也就是为什么前两次调用WeakHashMap的size()方法有可能不一样的原因。我们可以看看是如何实现的：

private void expungeStaleEntries() {
            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;
                    }
                }
            }
        }

首先GC每次清理掉一个对象之后，引用对象会被放到ReferenceQueue中。然后遍历这个queue进行删除即可。

当然。WeakHashMap的增删改查操作都会直接或者间接的调用expungeStaleEntries()方法，达到及时清除过期entry的目的。

三、WeakHashMap的使用

1、缓存中使用

Car car = new Car(22000,"silver");
    WeakReference<Car> weakCar = new WeakReference<Car>(car);

HashMap和WeakHashMap的区别也在于此，HashMap的key是对实际对象的强引用。

弱引用（WeakReference）的特性是：当gc线程发现某个对象只有弱引用指向它，那么就会将其销毁并回收内存。WeakReference也会被加入到引用队列queue中。

2、不合理的使用

不要使用基础类型作为WeakHashMap的key

缓存的使用案例太多了，这里举一个WeakHashMap使用不规范的例子。

Map<Object, Object> objectMap = new WeakHashMap<Object, Object>();
    for (int i = 0; i < 1000; i++) {
        objectMap.put(i, new Object());
        System.gc();
        System.out.println("Map size :" + objectMap.size());
    }

我们期待得到1和0的输出，但是实际上看到的是许多128！有趣的是，并非所有的东西都是GC感兴趣的。在上面的情景中，int i会被转化为封装类型Integer，但是Integer保留了-128到127的缓存，因此哪些Key <= 127的Entry将不会进行自动回收。所以不要使用原始类型（及其对应的包装类型）。

[ava]: https://blog.csdn.net/yb546822612/article/details/106688200