Java容器框架分析(九)——WeakHashMap

2017/2/26 posted in  Java  

在Java容器框架系列文章的最后,笔者打算介绍一个特殊的成员:WeakHashMap,从名字可以看出它是某种Map。它的特殊之处在于WeakHashMap里的entry可能会被GC自动删除,即使程序员没有调用remove()或者clear()方法。

更直观的说,当使用WeakHashMap时,即使没有显示的添加或者删除任何元素,也可能发生如下情况:

  • 调用两次size()方法返回不同的值
  • 两次调用isEmpty()方法,第一次返回false,第二次返回true
  • 两次调用containsKey()方法,第一次返回true,第二次返回false,尽管是同一个key
  • 两次调用get()方法,第一次返回一个value,第二次返回null,尽管两次使用的是同一个对象

遇到这么奇葩的现象,你是不是觉得使用者一定疯掉?其实不然,WeekHashMap的这个特点特别适用于需要缓存的场景。在缓存场景下,由于内存是有限的,不能缓存所有对象;对象缓存命中可以提高效率,但缓存Miss也不会造成错误,因为可以通过计算重新得到。

要明白WeakHashMap的工作原理,还需要引入一个概念:弱引用。我们知道Java中的内存是通过GC自动管理的,GC会在程序运行过程中自动判断哪些对象时可以被回收的,并在合适的时机进行内存释放。GC判断某个对象是否可以回收的依据是:是否有有效的引用指向该对象。如果没有有效引用指向该对象(意味着不存在访问该对象的方式),那么该对象就是可回收的。这里的有效引用并不包括弱引用。也就是说,虽然弱引用可以用来访问对象,但进行垃圾回收时弱引用并不会被考虑在内,仅有弱引用指向的对象仍然会被GC回收

WeakHashMap内部使用弱引用来管理entry,弱引用的特性对应到WeakHashMap上意味着什么呢?将一对key,value放入到WeakHashMap里并不能避免该key值被GC回收,除非在WeakHashMap之外还有对该key的强引用。

具体实现

WeakHashMap的储存结构类似于HashMap,可参考前文。

WeakHashSet?

如果你看过前几篇关于Map和Set的讲解,一定会问:既然有 WeekHashMap,是否有WeekHashSet呢?答案是没有!不过Java Collections工具类给出了解决方案,Collections.newSetFromMap(Map<E,Boolean> map)方法可以将任何Map包装成一个Set。通过如下方式可以快速得到一个 Weak HashSet:
java
// 将WeakHashMap包装成一个Set
Set<Object> weakHashSet = Collections.newSetFromMap(
new WeakHashMap<Object, Boolean>());

其内部只是对传入的Map进行了简单的封装:

// Collections.newSetFromMap()用于将任何Map包装成一个Set
public static <E> Set<E> newSetFromMap(Map<E, Boolean> map) {
    return new SetFromMap<>(map);
}

private static class SetFromMap<E> extends AbstractSet<E>
    implements Set<E>, Serializable
{
    private final Map<E, Boolean> m;  // The backing map
    private transient Set<E> s;       // Its keySet
    SetFromMap(Map<E, Boolean> map) {
        if (!map.isEmpty())
            throw new IllegalArgumentException("Map is non-empty");
        m = map;
        s = map.keySet();
    }
    public void clear()               {        m.clear(); }
    public int size()                 { return m.size(); }
    public boolean isEmpty()          { return m.isEmpty(); }
    public boolean contains(Object o) { return m.containsKey(o); }
    public boolean remove(Object o)   { return m.remove(o) != null; }
    public boolean add(E e) { return m.put(e, Boolean.TRUE) == null; }
    public Iterator<E> iterator()     { return s.iterator(); }
    public Object[] toArray()         { return s.toArray(); }
    public <T> T[] toArray(T[] a)     { return s.toArray(a); }
    public String toString()          { return s.toString(); }
    public int hashCode()             { return s.hashCode(); }
    public boolean equals(Object o)   { return o == this || s.equals(o); }
    public boolean containsAll(Collection<?> c) {return s.containsAll(c);}
    public boolean removeAll(Collection<?> c)   {return s.removeAll(c);}
    public boolean retainAll(Collection<?> c)   {return s.retainAll(c);}
    // addAll is the only inherited implementation
    ......
}

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本系列博文装载自:https://github.com/CarpenterLee/JCFInternals
作者:CarpenterLee