WeakHashMap和Java引用类型详细解析

WeakHashMap是种弱引用的HashMap,这是说,WeakHashMap里的key值如果没有外部强引用,在垃圾回收之后,WeakHashMap的对应内容也会被移除掉。

1.1 Java的引用类型

在讲解WeakHashMap之前,我们需要了解Java中引用的相关类:

ReferenceQueue,引用队列,与某个引用类绑定,当引用死亡后,会进入这个队列。

HardReference,强引用,任何以类似String str=new String()建立起来的引用,都是强引用。在str指向另一个对象或者null之前,该String对象都不会被GC(Garbage Collector垃圾回收器)回收;

WeakReference,弱引用,可以通过java.lang.ref.WeakReference来建立,当GC要求回收对象时,它不会阻止对象被回收,该对象会立刻被回收;

SoftReference,软引用,可以通过java.lang.ref.SoftReference来建立,和弱引用一样,当GC要求回收时,它不会阻止对象被回收,但不同的是该对回收过程会被延迟,必须要等到JVM heap内存不够用,接近产生OutOfMemory错误时,才会回收;

PhantomReference,虚引用,可以通过java.lang.ref.PhantomPeference来建立,这种类型的引用很特别,大多数时间,无法通过它拿到其引用的对象,但是,当这个对象死亡的时候,该引用还是会进入ReferenceQueue队列。

下面提供一个例子来分别说明它们的作用:

ReferenceQueue<Ref> queue = new ReferenceQueue<Ref>();

// 创建一个弱引用

WeakReference<Ref> weak = new WeakReference<Ref>(new Ref("Weak"),queue);

// 创建一个虚引用

PhantomReference<Ref> phantom = new PhantomReference<Ref>(new Ref(

"Phantom"), queue);

// 创建一个软引用

SoftReference<Ref> soft = new SoftReference<Ref>(new Ref("Soft"),queue);

 

System.out.println("引用内容:");

System.out.println(weak.get());

System.out.println(phantom.get());

System.out.println(soft.get());

 

System.out.println("被回收的引用:");

for (Reference r = null; (r = queue.poll()) != null;) {

System.out.println(r);

}

 

Ref这个类是个自定义的测试类,源码如下所示:

class Ref {

Object v;

Ref(Object v) {

this.v = v;

}

public String toString() {

return this.v.toString();

}

}

 

在这个例子里,分别创建了弱引用、虚引用和软引用,get()方法用于获取它们引用的Ref对象,可以注意到,Ref对象在外部并没有任何引用,所以,在某个时间点,GC应当会回收对象。来看看代码执行的结果:

引用内容:

Weak

null

Soft

被回收的引用:

可以看到,弱引用和软引用的对象还是可达的,但是虚引用是不可达的。被回收的引用没有内容,说明GC还没有回收它们。

这证实了虚引用的性质

虚引用非常弱,以至于它自己也找不到自己的引用内容。

对之前的代码进行改造,在输出内容前加入代码:

// 强制垃圾回收

System.gc();

再执行一次,得到结果:

引用内容:

null

null

Soft

被回收的引用:

java.lang.ref.WeakReference@3b764bce

java.lang.ref.PhantomReference@759ebb3d

现在可达的引用只剩下Soft了,引用队列里多出了两条引用,说明WeakReference和PhantomReference的对象被回收。

再修改一次代码,让WeakPeference和PhantomReference去引用一个强引用对象:

Ref wr = new Ref("Hard");

WeakReference<Ref> weak = new WeakReference<Ref>(wr, queue);

PhantomReference<Ref> phantom = new PhantomReference<Ref>(wr, queue);

输出结果如下所示:

引用内容:

Hard

null

Soft

被回收的引用:

这证实了弱引用的性质

弱引用的对象,如果没有被强引用,在垃圾回收后,引用对象会不可达。

 

1.2 WeakHashMap实现方式

WeakHashMap利用了ReferenceQueue和WeakReference来实现它的核心功能:当key值没有强引用的时候,从WeakHashMap里移除。

先来看看WeakHashMap的键值对实体类WeakHashMap.Entry的实现:

 private static class Entry<K,V> extends WeakReference<Object> implements Map.Entry<K,V> {

        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;

        }

    ...

}

关键注意两处:

1、Entry继承自WeakReference;

2、Entry本身没有保存key值,而是把key作为WeakReference的引用对象交给了super构造。

这说明,Entry是个针对key值的弱引用。

WeakHashMap实现清除陈旧实体的方法是expungStaleEntries(),其源码实现如下:

private void expungeStaleEntries() {

    //遍历引用队列,找到每一个被GC收集的对象

        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);

                //从链表里移除该实体

                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;

                        //帮助GC执行

                        e.value = null;

                        size--;

                        break;

                    }

                    prev = p;

                    p = next;

                }

            }

        }

    }

 

expungStaleEntries()方法会在resize、put、get、forEach方法里被调用。

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