WeakHashMap源码分析
本文先介绍WeakHashMap的四种引用，然后再从源码角度分析WeakHashMap的继承结构，基本属性等内容。
WeakHashMap并没有什么特殊的数据结构，存在本身主要是为了优化JVM，使得JVM的垃圾回收器（GC）能够更“智能”地回收“无用”的对象。WeakHashMap涉及到Java中的引用类型问题，下面具体介绍Java的四种引用类型。
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四种引用
1、强引用(StrongReference)
功能：一个对象如果只有强引用，那么垃圾回收器绝不会回收它，即使当内存不足时，JVM宁愿抛出内存不足的异常，也不会去回收这些对象。
使用场景：平常大部分都会使用强引用，除非显性释放对象（置为null）,否则GC不会回收该对象。
由于强引用的一些特性，Java还提供了另外三种引用：软引用，弱引用，虚引用；这三种引用都位于java.lang.ref包中，继承于Reference类，以下将对Reference的源码进行简要分析，再介绍这三种引用。
Reference源码分析：
基本属性
private T referent; //引用指向的对象 /* Treated specially by GC */
ReferenceQueue queue; //ReferenceQueue类，适当的时候检测到对象的可达性发生改变后，垃圾回收器就将已注册的引用对象添加到此队列中。
Reference next;
transient private Reference discovered; /* used by VM */
private static Reference pending = null; 构造方法
Reference(T referent) {
this(referent, null);
}
Reference(T referent, ReferenceQueue queue) {
this.referent = referent;
this.queue = (queue == null) ? ReferenceQueue.NULL : queue;
}
}在源码中，我们也可以看到Reference有4种状态： Active，Pending，Enqueued，Inactive；
关于Active：基本新创建的对象都是这个状态，在 GC 检测到引用对象已经到达合适的可达性状态时，GC 会根据引用对象是否在创建时制定ReferenceQueue参数进行状态转移，如果指定了，那么转移到Pending，如果没指定，转移到Inactive;在该状态中：
//若构造参数中没有指定queue，则queue为ReferenceQueue.NULL，否则为构造参数传递的queue
Active: queue = ReferenceQueue || queue =ReferenceQueue.NULL
next = null.关于 Pending：pending-Reference列表中的引用都是这个状态，它们等着被内部线程ReferenceHandler处理（会调用ReferenceQueue.enqueue方法）。没有注册的实例不会进入这个状态。在这个状态中：
//构造参数传递的queue
Pending: queue = ReferenceQueue
next = 该queue的下一个引用，若为该队列的最后一个，则为this;关于Enqueued：调用ReferenceQueue.enqueued方法后的引用处于这个状态中。没有注册的实例不会进入这个状态。在这个状态中
enqueued: queue = ReferenceQueue.ENQUEUED
next = 该queue的下一个引用，若为该队列的最后一个，则为this;关于Inactive：最终状态，处于这个状态的引用对象，状态不会在改变。在这个状态中
Inactive: queue = ReferenceQueue.NULL
next = this;2、软引用（SoftReference）
功能：如果一个对象只有软引用，则在内存足够的情况下，不会进行回收，当内存不足时，GC会进行回收操作；
应用场景：可用于有可能会在创建后使用的对象，为了内存消耗会使用软引用；
3、弱引用(WeakReference)
功能：弱引用的生命周期比软引用更短，GC在扫描时发现对象只有弱引用，不论内存是否足够，都会进行回收；
使用场景：适用于生命周期更短，对内存更加敏感的场景中，比如占用内存很大的Map，java API中就提供了WeakHashMap使用，就会使得大Map被及时清理掉。
4、虚引用 (PhantomReference)
功能：形同虚设，保存对象的能力最弱，不会影响对象的生命周期，作用是跟踪GC收集对象的活动情况；
使用场景：判断对象是否被回收了
PhantomReference必须要和ReferenceQueue联合使用，SoftReference和WeakReference可以选择和ReferenceQueue联合使用也可以不选择，这使他们的区别之一。
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继承结构
public class WeakHashMap
extends AbstractMap
implements Map { 继承于AbstractMap类，实现了Map接口；区别于HashMap,没有实现Cloneable和Serializable接口，不能实现拷贝和序列化；
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基本属性
private static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;
private static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
private static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;
Entry[] table;
private int size;
private int threshold;
private final float loadFactor;
private final ReferenceQueue
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构造方法
//1 指定初始容量和加载因子
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);
useAltHashing = sun.misc.VM.isBooted() &&
(capacity >= Holder.ALTERNATIVE_HASHING_THRESHOLD);
}//2 指定初始容量，加载因子默认
public WeakHashMap(int initialCapacity) {
this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}
//3 默认构造方法
public WeakHashMap() {
this(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
}
//4 子Map
public WeakHashMap(Map m) {
this(Math.max((int) (m.size() / DEFAULT_LOAD_FACTOR) + 1,
DEFAULT_INITIAL_CAPACITY),
DEFAULT_LOAD_FACTOR);
putAll(m);
}
put()
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核心方法
public V put(K key, V value) {
//对key是否为空进行检查，如果为null，用new的Object进行替换
Object k = maskNull(key);
int h = hash(k);
Entry[] tab = getTable();
int i = indexFor(h, tab.length);
//检查此key是否存在，存在则更新value,不存在则将该节点头插到该位置
for (Entry e = tab[i]; e != null; e = e.next) {
if (h == e.hash && eq(k, e.get())) {
V oldValue = e.value;
if (value != oldValue)
e.value = value;
return oldValue;
}
}
modCount++;
Entry e = tab[i];
tab[i] = new Entry<>(k, value, queue, h, e);
if (++size >= threshold)
resize(tab.length * 2);
return null;
}
//检查key是否为null，为空用new的Object进行替换
private static Object maskNull(Object key) {
return (key == null) ? NULL_KEY : key;
// private static final Object NULL_KEY = new Object();
} 其他方法与HashMap基本一致，主要差别在于，WeakHashMap对于key是否为null进行了检查，为空的话，将其替换为new的Object常量；put和get方法中的getTable都会调用expungeStaleEntries()
private Entry[] getTable() {
expungeStaleEntries();
return table;
} 还有一个size()方法，在返回节点个数时，还有一步操作：expungeStaleEntries() ，删除过时节点，然后再返回个数；
public int size() {
if (size == 0)
return 0;
expungeStaleEntries();
return size;
}//该方法在增删改查方法中基本上都调用了
private void expungeStaleEntries() {
//所有的Entry在创建时，都先传入该queue
for (Object x; (x = queue.poll()) != null; ) {
synchronized (queue) {
@SuppressWarnings("unchecked")
Entry e = (Entry) x;//e为要清理的对象
int i = indexFor(e.hash, table.length);
Entry prev = table[i];
Entry p = prev;
while (p != null) {//遍历冲突链
Entry 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
//将e的value赋为null,帮助GC回收强引用的value
e.value = null; // Help GC
size--;
break;
}
prev = p;
p = next;
}
}
}
}
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特点
随时间推移，键值对会减少 -> GC垃圾回收
WeakHashMap与ReferenceQueue结合使用，使用步骤：
1、创建WeakHashMap将键值对存放在数组链表上；
2、当发生GC时会判断key是否有引用，若没有引用，就会回收key，意味着从集合中回收，回收同时，将该对象加入ReferenceQueue；
3、在操作WeakHashMap时，会首先同步table和Queue，table存放的是所有键值对， Queue存放的是被回收的键值对，在table中删除Queue中有的键值对；
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总结
WeakHashMap和HashMap一样，WeakHashMap也是一个散列表，它存储的内容也是键值对(key-value)映射，而且键和值都可以为null。不过WeakHashMap的键时“弱键”，当WeakHashMap某个键不再正常使用时，会被从WeakHashMap自动删除。更精确的说，对于一个给定的键，其映射的存在并不能阻止垃圾回收器对该键的丢弃，这就使该键称为被终止的，被终止，然后被回收，这样，这就可以认为该键值对应该被WeakHashMap删除。因此，WeakHashMap使用了弱引用作为内部数据的存储方案，，WeakHashMap可以作为简单缓存表的解决方案，当系统内存不足时，垃圾收集器会自动的清除没有在任何其他地方被引用的键值对。如果需要用一张很大的Map作为缓存表时，那么可以考虑使用WeakHashMap。
总结参考自博文：https://blog.csdn.net/u010412719/article/details/52034079