什么是WeakHashMap

Java WeakHashMap 到底Weak在哪里,它真的很弱吗?WeakHashMap 的适用场景是什么,使用时需要注意些什么?弱引用和强引用对Java GC有什么不同影响?本文将给出清晰而简洁的介绍。

总体介绍

在Java集合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,尽管两次使用的是同一个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会疯掉?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系统效率,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 WeekHashMap 的工作原理,还需要引入一个概念:弱引用(WeakReference)。我们都知道Java中内存是通过GC自动管理的,GC会在程序运行过程中自动判断哪些对象是可以被回收的,并在合适的时机进行内存释放。GC判断某个对象是否可被回收的依据是,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(基本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 内部是通过弱引用来管理entry的,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

关于强引用,弱引用等概念以后再具体讲解,这里只需要知道Java中引用也是分种类的,并且不同种类的引用对GC的影响不同就够了。

具体实现

WeakHashMap的存储结构类似于HashMap,读者可自行参考前文,这里不再赘述。

关于强弱引用的管理方式,博主将会另开专题单独讲解。

Weak HashSet?

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 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

//  将WeakHashMap包装成一个Set
Set weakHashSet = Collections.newSetFromMap(
         new WeakHashMap());

不出你所料,newSetFromMap()方法只是对传入的 Map做了简单包装:

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

private  static  class SetFromMap  extends AbstractSet
     implements Set, Serializable
{
     private  final Map m;   //  The backing map
     private  transient Set s;        //  Its keySet
    SetFromMap(Map 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 iterator()     {  return s.iterator(); }
     public Object[] toArray()         {  return s.toArray(); }
     public  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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