Java 集合系列13之 WeakHashMap详细介绍(源码解析)和使用示例
概要
这一章，我们对WeakHashMap进行学习。
我们先对WeakHashMap有个整体认识，然后再学习它的源码，最后再通过实例来学会使用WeakHashMap。
第1部分 WeakHashMap介绍
第2部分 WeakHashMap数据结构
第3部分 WeakHashMap源码解析(基于JDK1.6.0_45)
第4部分 WeakHashMap遍历方式
第5部分 WeakHashMap示例
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第1部分 WeakHashMap介绍
WeakHashMap简介
WeakHashMap 继承于AbstractMap，实现了Map接口。
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，而且键和值都可以是null。
不过WeakHashMap的键是“弱键”。在 WeakHashMap 中，当某个键不再正常使用时，会被从WeakHashMap中被自动移除。更精确地说，对于一个给定的键，其映射的存在并不阻止垃圾回收器对该键的丢弃，这就使该键成为可终止的，被终止，然后被回收。某个键被终止时，它对应的键值对也就从映射中有效地移除了。
这个“弱键”的原理呢？大致上就是，通过WeakReference和ReferenceQueue实现的。 WeakHashMap的key是“弱键”，即是WeakReference类型的；ReferenceQueue是一个队列，它会保存被GC回收的“弱键”。实现步骤是：
(01) 新建WeakHashMap，将“键值对”添加到WeakHashMap中。
实际上，WeakHashMap是通过数组table保存Entry(键值对)；每一个Entry实际上是一个单向链表，即Entry是键值对链表。
(02) 当某“弱键”不再被其它对象引用，并被GC回收时。在GC回收该“弱键”时，这个“弱键”也同时会被添加到ReferenceQueue(queue)队列中。
(03) 当下一次我们需要操作WeakHashMap时，会先同步table和queue。table中保存了全部的键值对，而queue中保存被GC回收的键值对；同步它们，就是删除table中被GC回收的键值对。
这就是“弱键”如何被自动从WeakHashMap中删除的步骤了。
和HashMap一样，WeakHashMap是不同步的。可以使用 Collections.synchronizedMap 方法来构造同步的 WeakHashMap。
WeakHashMap的构造函数
WeakHashMap共有4个构造函数,如下：
// 默认构造函数。 WeakHashMap() // 指定“容量大小”的构造函数 WeakHashMap(int capacity) // 指定“容量大小”和“加载因子”的构造函数 WeakHashMap(int capacity, float loadFactor) // 包含“子Map”的构造函数 WeakHashMap(Map<? extends K, ? extends V> map)
WeakHashMap的API
void clear() Object clone() boolean containsKey(Object key) boolean containsValue(Object value) Set<Entry<K, V>> entrySet() V get(Object key) boolean isEmpty() Set<K> keySet() V put(K key, V value) void putAll(Map<? extends K, ? extends V> map) V remove(Object key) int size() Collection<V> values()
第2部分 WeakHashMap数据结构
WeakHashMap的继承关系如下
java.lang.Object ↳ java.util.AbstractMap<K, V> ↳ java.util.WeakHashMap<K, V> public class WeakHashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V> implements Map<K,V> {}
WeakHashMap与Map关系如下图：
从图中可以看出：
(01) WeakHashMap继承于AbstractMap，并且实现了Map接口。
(02) WeakHashMap是哈希表，但是它的键是"弱键"。WeakHashMap中保护几个重要的成员变量：table, size, threshold, loadFactor, modCount, queue。
table是一个Entry[]数组类型，而Entry实际上就是一个单向链表。哈希表的"key-value键值对"都是存储在Entry数组中的。
size是Hashtable的大小，它是Hashtable保存的键值对的数量。
threshold是Hashtable的阈值，用于判断是否需要调整Hashtable的容量。threshold的值="容量*加载因子"。
loadFactor就是加载因子。
modCount是用来实现fail-fast机制的
queue保存的是“已被GC清除”的“弱引用的键”。
第3部分 WeakHashMap源码解析(基于JDK1.6.0_45)
下面对WeakHashMap的源码进行说明
1 package java.util; 2 import java.lang.ref.WeakReference; 3 import java.lang.ref.ReferenceQueue; 4 5 public class WeakHashMap<K,V> 6 extends AbstractMap<K,V> 7 implements Map<K,V> { 8 9 // 默认的初始容量是16，必须是2的幂。 10 private static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16; 11 12 // 最大容量（必须是2的幂且小于2的30次方，传入容量过大将被这个值替换） 13 private static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30; 14 15 // 默认加载因子 16 private static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f; 17 18 // 存储数据的Entry数组，长度是2的幂。 19 // WeakHashMap是采用拉链法实现的，每一个Entry本质上是一个单向链表 20 private Entry[] table; 21 22 // WeakHashMap的大小，它是WeakHashMap保存的键值对的数量 23 private int size; 24 25 // WeakHashMap的阈值，用于判断是否需要调整WeakHashMap的容量（threshold = 容量*加载因子） 26 private int threshold; 27 28 // 加载因子实际大小 29 private final float loadFactor; 30 31 // queue保存的是“已被GC清除”的“弱引用的键”。 32 // 弱引用和ReferenceQueue 是联合使用的：如果弱引用所引用的对象被垃圾回收，Java虚拟机就会把这个弱引用加入到与之关联的引用队列中 33 private final ReferenceQueue<K> queue = new ReferenceQueue<K>(); 34 35 // WeakHashMap被改变的次数 36 private volatile int modCount; 37 38 // 指定“容量大小”和“加载因子”的构造函数 39 public WeakHashMap(int initialCapacity, float loadFactor) { 40 if (initialCapacity < 0) 41 throw new IllegalArgumentException("Illegal Initial Capacity: "+ 42 initialCapacity); 43 // WeakHashMap的最大容量只能是MAXIMUM_CAPACITY 44 if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY) 45 initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY; 46 47 if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor)) 48 throw new IllegalArgumentException("Illegal Load factor: "+ 49 loadFactor); 50 // 找出“大于initialCapacity”的最小的2的幂 51 int capacity = 1; 52 while (capacity < initialCapacity) 53 capacity <<= 1; 54 // 创建Entry数组，用来保存数据 55 table = new Entry[capacity]; 56 // 设置“加载因子” 57 this.loadFactor = loadFactor; 58 // 设置“WeakHashMap阈值”，当WeakHashMap中存储数据的数量达到threshold时，就需要将WeakHashMap的容量加倍。 59 threshold = (int)(capacity * loadFactor); 60 } 61 62 // 指定“容量大小”的构造函数 63 public WeakHashMap(int initialCapacity) { 64 this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR); 65 } 66 67 // 默认构造函数。 68 public WeakHashMap() { 69 this.loadFactor = DEFAULT_LOAD_FACTOR; 70 threshold = (int)(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY); 71 table = new Entry[DEFAULT_INITIAL_CAPACITY]; 72 } 73 74 // 包含“子Map”的构造函数 75 public WeakHashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) { 76 this(Math.max((int) (m.size() / DEFAULT_LOAD_FACTOR) + 1, 16), 77 DEFAULT_LOAD_FACTOR); 78 // 将m中的全部元素逐个添加到WeakHashMap中 79 putAll(m); 80 } 81 82 // 键为null的mask值。 83 // 因为WeakReference中允许“null的key”，若直接插入“null的key”，将其当作弱引用时，会被删除。 84 // 因此，这里对于“key为null”的清空，都统一替换为“key为NULL_KEY”，“NULL_KEY”是“静态的final常量”。 85 private static final Object NULL_KEY = new Object(); 86 87 // 对“null的key”进行特殊处理 88 private static Object maskNull(Object key) { 89 return (key == null ? NULL_KEY : key); 90 } 91 92 // 还原对“null的key”的特殊处理 93 private static <K> K unmaskNull(Object key) { 94 return (K) (key == NULL_KEY ? null : key); 95 } 96 97 // 判断“x”和“y”是否相等 98 static boolean eq(Object x, Object y) { 99 return x == y || x.equals(y); 100 } 101 102 // 返回索引值 103 // h & (length-1)保证返回值的小于length 104 static int indexFor(int h, int length) { 105 return h & (length-1); 106 } 107 108 // 清空table中无用键值对。原理如下： 109 // (01) 当WeakHashMap中某个“弱引用的key”由于没有再被引用而被GC收回时， 110 // 被回收的“该弱引用key”也被会被添加到"ReferenceQueue(queue)"中。 111 // (02) 当我们执行expungeStaleEntries时， 112 // 就遍历"ReferenceQueue(queue)"中的所有key 113 // 然后就在“WeakReference的table”中删除与“ReferenceQueue(queue)中key”对应的键值对 114 private void expungeStaleEntries() { 115 Entry<K,V> e; 116 while ( (e = (Entry<K,V>) queue.poll()) != null) { 117 int h = e.hash; 118 int i = indexFor(h, table.length); 119 120 Entry<K,V> prev = table[i]; 121 Entry<K,V> p = prev; 122 while (p != null) { 123 Entry<K,V> next = p.next; 124 if (p == e) { 125 if (prev == e) 126 table[i] = next; 127 else 128 prev.next = next; 129 e.next = null; // Help GC 130 e.value = null; // " " 131 size--; 132 break; 133 } 134 prev = p; 135 p = next; 136 } 137 } 138 } 139 140 // 获取WeakHashMap的table(存放键值对的数组) 141 private Entry[] getTable() { 142 // 删除table中“已被GC回收的key对应的键值对” 143 expungeStaleEntries(); 144 return table; 145 } 146 147 // 获取WeakHashMap的实际大小 148 public int size() { 149 if (size == 0) 150 return 0; 151 // 删除table中“已被GC回收的key对应的键值对” 152 expungeStaleEntries(); 153 return size; 154 } 155 156 public boolean isEmpty() { 157 return size() == 0; 158 } 159 160 // 获取key对应的value 161 public V get(Object key) { 162 Object k = maskNull(key); 163 // 获取key的hash值。 164 int h = HashMap.hash(k.hashCode()); 165 Entry[] tab = getTable(); 166 int index = indexFor(h, tab.length); 167 Entry<K,V> e = tab[index]; 168 // 在“该hash值对应的链表”上查找“键值等于key”的元素 169 while (e != null) { 170 if (e.hash == h && eq(k, e.get())) 171 return e.value; 172 e = e.next; 173 } 174 return null; 175 } 176 177 // WeakHashMap是否包含key 178 public boolean containsKey(Object key) { 179 return getEntry(key) != null; 180 } 181 182 // 返回“键为key”的键值对 183 Entry<K,V> getEntry(Object key) { 184 Object k = maskNull(key); 185 int h = HashMap.hash(k.hashCode()); 186 Entry[] tab = getTable(); 187 int index = indexFor(h, tab.length); 188 Entry<K,V> e = tab[index]; 189 while (e != null && !(e.hash == h && eq(k, e.get()))) 190 e = e.next; 191 return e; 192 } 193 194 // 将“key-value”添加到WeakHashMap中 195 public V put(K key, V value) { 196 K k = (K) maskNull(key); 197 int h = HashMap.hash(k.hashCode()); 198 Entry[] tab = getTable(); 199 int i = indexFor(h, tab.length); 200 201 for (Entry<K,V> e = tab[i]; e != null; e = e.next) { 202 // 若“该key”对应的键值对已经存在，则用新的value取代旧的value。然后退出！ 203 if (h == e.hash && eq(k, e.get())) { 204 V oldValue = e.value; 205 if (value != oldValue) 206 e.value = value; 207 return oldValue; 208 } 209 } 210 211 // 若“该key”对应的键值对不存在于WeakHashMap中，则将“key-value”添加到table中 212 modCount++; 213 Entry<K,V> e = tab[i]; 214 tab[i] = new Entry<K,V>(k, value, queue, h, e); 215 if (++size >= threshold) 216 resize(tab.length * 2); 217 return null; 218 } 219 220 // 重新调整WeakHashMap的大小，newCapacity是调整后的单位 221 void resize(int newCapacity) { 222 Entry[] oldTable = getTable(); 223 int oldCapacity = oldTable.length; 224 if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) { 225 threshold = Integer.MAX_VALUE; 226 return; 227 } 228 229 // 新建一个newTable，将“旧的table”的全部元素添加到“新的newTable”中， 230 // 然后，将“新的newTable”赋值给“旧的table”。 231 Entry[] newTable = new Entry[newCapacity]; 232 transfer(oldTable, newTable); 233 table = newTable; 234 235 if (size >= threshold / 2) { 236 threshold = (int)(newCapacity * loadFactor); 237 } else { 238 // 删除table中“已被GC回收的key对应的键值对” 239 expungeStaleEntries(); 240 transfer(newTable, oldTable); 241 table = oldTable; 242 } 243 } 244 245 // 将WeakHashMap中的全部元素都添加到newTable中 246 private void transfer(Entry[] src, Entry[] dest) { 247 for (int j = 0; j < src.length; ++j) { 248 Entry<K,V> e = src[j]; 249 src[j] = null; 250 while (e != null) { 251 Entry<K,V> next = e.next; 252 Object key = e.get(); 253 if (key == null) { 254 e.next = null; // Help GC 255 e.value = null; // " " 256 size--; 257 } else { 258 int i = indexFor(e.hash, dest.length); 259 e.next = dest[i]; 260 dest[i] = e; 261 } 262 e = next; 263 } 264 } 265 } 266 267 // 将"m"的全部元素都添加到WeakHashMap中 268 public void putAll(Map<? extends K, ? extends V> m) { 269 int numKeysToBeAdded = m.size(); 270 if (numKeysToBeAdded == 0) 271 return; 272 273 // 计算容量是否足够， 274 // 若“当前实际容量 < 需要的容量”，则将容量x2。 275 if (numKeysToBeAdded > threshold) { 276 int targetCapacity = (int)(numKeysToBeAdded / loadFactor + 1); 277 if (targetCapacity > MAXIMUM_CAPACITY) 278 targetCapacity = MAXIMUM_CAPACITY; 279 int newCapacity = table.length; 280 while (newCapacity < targetCapacity) 281 newCapacity <<= 1; 282 if (newCapacity > table.length) 283 resize(newCapacity); 284 } 285 286 // 将“m”中的元素逐个添加到WeakHashMap中。 287 for (Map.Entry<? extends K, ? extends V> e : m.entrySet()) 288 put(e.getKey(), e.getValue()); 289 } 290 291 // 删除“键为key”元素 292 public V remove(Object key) { 293 Object k = maskNull(key); 294 // 获取哈希值。 295 int h = HashMap.hash(k.hashCode()); 296 Entry[] tab = getTable(); 297 int i = indexFor(h, tab.length); 298 Entry<K,V> prev = tab[i]; 299 Entry<K,V> e = prev; 300 301 // 删除链表中“键为key”的元素 302 // 本质是“删除单向链表中的节点” 303 while (e != null) { 304 Entry<K,V> next = e.next; 305 if (h == e.hash && eq(k, e.get())) { 306 modCount++; 307 size--; 308 if (prev == e) 309 tab[i] = next; 310 else 311 prev.next = next; 312 return e.value; 313 } 314 prev = e; 315 e = next; 316 } 317 318 return null; 319 } 320 321 // 删除“键值对” 322 Entry<K,V> removeMapping(Object o) { 323 if (!(o instanceof Map.Entry)) 324 return null; 325 Entry[] tab = getTable(); 326 Map.Entry entry = (Map.Entry)o; 327 Object k = maskNull(entry.getKey()); 328 int h = HashMap.hash(k.hashCode()); 329 int i = indexFor(h, tab.length); 330 Entry<K,V> prev = tab[i]; 331 Entry<K,V> e = prev; 332 333 // 删除链表中的“键值对e” 334 // 本质是“删除单向链表中的节点” 335 while (e != null) { 336 Entry<K,V> next = e.next; 337 if (h == e.hash && e.equals(entry)) { 338 modCount++; 339 size--; 340 if (prev == e) 341 tab[i] = next; 342 else 343 prev.next = next; 344 return e; 345 } 346 prev = e; 347 e = next; 348 } 349 350 return null; 351 } 352 353 // 清空WeakHashMap，将所有的元素设为null 354 public void clear() { 355 while (queue.poll() != null) 356 ; 357 358 modCount++; 359 Entry[] tab = table; 360 for (int i = 0; i < tab.length; ++i) 361 tab[i] = null; 362 size = 0; 363 364 while (queue.poll() != null) 365 ; 366 } 367 368 // 是否包含“值为value”的元素 369 public boolean containsValue(Object value) { 370 // 若“value为null”，则调用containsNullValue()查找 371 if (value==null) 372 return containsNullValue(); 373 374 // 若“value不为null”，则查找WeakHashMap中是否有值为value的节点。 375 Entry[] tab = getTable(); 376 for (int i = tab.length ; i-- > 0 ;) 377 for (Entry e = tab[i] ; e != null ; e = e.next) 378 if (value.equals(e.value)) 379 return true; 380 return false; 381 } 382 383 // 是否包含null值 384 private boolean containsNullValue() { 385 Entry[] tab = getTable(); 386 for (int i = tab.length ; i-- > 0 ;) 387 for (Entry e = tab[i] ; e != null ; e = e.next) 388 if (e.value==null) 389 return true; 390 return false; 391 } 392 393 // Entry是单向链表。 394 // 它是 “WeakHashMap链式存储法”对应的链表。 395 // 它实现了Map.Entry 接口，即实现getKey(), getValue(), setValue(V value), equals(Object o), hashCode()这些函数 396 private static class Entry<K,V> extends WeakReference<K> implements Map.Entry<K,V> { 397 private V value; 398 private final int hash; 399 // 指向下一个节点 400 private Entry<K,V> next; 401 402 // 构造函数。 403 Entry(K key, V value, 404 ReferenceQueue<K> queue, 405 int hash, Entry<K,V> next) { 406 super(key, queue); 407 this.value = value; 408 this.hash = hash; 409 this.next = next; 410 } 411 412 public K getKey() { 413 return WeakHashMap.<K>unmaskNull(get()); 414 } 415 416 public V getValue() { 417 return value; 418 } 419 420 public V setValue(V newValue) { 421 V oldValue = value; 422 value = newValue; 423 return oldValue; 424 } 425 426 // 判断两个Entry是否相等 427 // 若两个Entry的“key”和“value”都相等，则返回true。 428 // 否则，返回false 429 public boolean equals(Object o) { 430 if (!(o instanceof Map.Entry)) 431 return false; 432 Map.Entry e = (Map.Entry)o; 433 Object k1 = getKey(); 434 Object k2 = e.getKey(); 435 if (k1 == k2 || (k1 != null && k1.equals(k2))) { 436 Object v1 = getValue(); 437 Object v2 = e.getValue(); 438 if (v1 == v2 || (v1 != null && v1.equals(v2))) 439 return true; 440 } 441 return false; 442 } 443 444 // 实现hashCode() 445 public int hashCode() { 446 Object k = getKey(); 447 Object v = getValue(); 448 return ((k==null ? 0 : k.hashCode()) ^ 449 (v==null ? 0 : v.hashCode())); 450 } 451 452 public String toString() { 453 return getKey() + "=" + getValue(); 454 } 455 } 456 457 // HashIterator是WeakHashMap迭代器的抽象出来的父类，实现了公共了函数。 458 // 它包含“key迭代器(KeyIterator)”、“Value迭代器(ValueIterator)”和“Entry迭代器(EntryIterator)”3个子类。 459 private abstract class HashIterator<T> implements Iterator<T> { 460 // 当前索引 461 int index; 462 // 当前元素 463 Entry<K,V> entry = null; 464 // 上一次返回元素 465 Entry<K,V> lastReturned = null; 466 // expectedModCount用于实现fast-fail机制。 467 int expectedModCount = modCount; 468 469 // 下一个键(强引用) 470 Object nextKey = null; 471 472 // 当前键(强引用) 473 Object currentKey = null; 474 475 // 构造函数 476 HashIterator() { 477 index = (size() != 0 ? table.length : 0); 478 } 479 480 // 是否存在下一个元素 481 public boolean hasNext() { 482 Entry[] t = table; 483 484 // 一个Entry就是一个单向链表 485 // 若该Entry的下一个节点不为空，就将next指向下一个节点; 486 // 否则，将next指向下一个链表(也是下一个Entry)的不为null的节点。 487 while (nextKey == null) { 488 Entry<K,V> e = entry; 489 int i = index; 490 while (e == null && i > 0) 491 e = t[--i]; 492 entry = e; 493 index = i; 494 if (e == null) { 495 currentKey = null; 496 return false; 497 } 498 nextKey = e.get(); // hold on to key in strong ref 499 if (nextKey == null) 500 entry = entry.next; 501 } 502 return true; 503 } 504 505 // 获取下一个元素 506 protected Entry<K,V> nextEntry() { 507 if (modCount != expectedModCount) 508 throw new ConcurrentModificationException(); 509 if (nextKey == null && !hasNext()) 510 throw new NoSuchElementException(); 511 512 lastReturned = entry; 513 entry = entry.next; 514 currentKey = nextKey; 515 nextKey = null; 516 return lastReturned; 517 } 518 519 // 删除当前元素 520 public void remove() { 521 if (lastReturned == null) 522 throw new IllegalStateException(); 523 if (modCount != expectedModCount) 524 throw new ConcurrentModificationException(); 525 526 WeakHashMap.this.remove(currentKey); 527 expectedModCount = modCount; 528 lastReturned = null; 529 currentKey = null; 530 } 531 532 } 533 534 // value的迭代器 535 private class ValueIterator extends HashIterator<V> { 536 public V next() { 537 return nextEntry().value; 538 } 539 } 540 541 // key的迭代器 542 private class KeyIterator extends HashIterator<K> { 543 public K next() { 544 return nextEntry().getKey(); 545 } 546 } 547 548 // Entry的迭代器 549 private class EntryIterator extends HashIterator<Map.Entry<K,V>> { 550 public Map.Entry<K,V> next() { 551 return nextEntry(); 552 } 553 } 554 555 // WeakHashMap的Entry对应的集合 556 private transient Set<Map.Entry<K,V>> entrySet = null; 557 558 // 返回“key的集合”，实际上返回一个“KeySet对象” 559 public Set<K> keySet() { 560 Set<K> ks = keySet; 561 return (ks != null ? ks : (keySet = new KeySet())); 562 } 563 564 // Key对应的集合 565 // KeySet继承于AbstractSet，说明该集合中没有重复的Key。 566 private class KeySet extends AbstractSet<K> { 567 public Iterator<K> iterator() { 568 return new KeyIterator(); 569 } 570 571 public int size() { 572 return WeakHashMap.this.size(); 573 } 574 575 public boolean contains(Object o) { 576 return containsKey(o); 577 } 578 579 public boolean remove(Object o) { 580 if (containsKey(o)) { 581 WeakHashMap.this.remove(o); 582 return true; 583 } 584 else 585 return false; 586 } 587 588 public void clear() { 589 WeakHashMap.this.clear(); 590 } 591 } 592 593 // 返回“value集合”，实际上返回的是一个Values对象 594 public Collection<V> values() { 595 Collection<V> vs = values; 596 return (vs != null ? vs : (values = new Values())); 597 } 598 599 // “value集合” 600 // Values继承于AbstractCollection，不同于“KeySet继承于AbstractSet”， 601 // Values中的元素能够重复。因为不同的key可以指向相同的value。 602 private class Values extends AbstractCollection<V> { 603 public Iterator<V> iterator() { 604 return new ValueIterator(); 605 } 606 607 public int size() { 608 return WeakHashMap.this.size(); 609 } 610 611 public boolean contains(Object o) { 612 return containsValue(o); 613 } 614 615 public void clear() { 616 WeakHashMap.this.clear(); 617 } 618 } 619 620 // 返回“WeakHashMap的Entry集合” 621 // 它实际是返回一个EntrySet对象 622 public Set<Map.Entry<K,V>> entrySet() { 623 Set<Map.Entry<K,V>> es = entrySet; 624 return es != null ? es : (entrySet = new EntrySet()); 625 } 626 627 // EntrySet对应的集合 628 // EntrySet继承于AbstractSet，说明该集合中没有重复的EntrySet。 629 private class EntrySet extends AbstractSet<Map.Entry<K,V>> { 630 public Iterator<Map.Entry<K,V>> iterator() { 631 return new EntryIterator(); 632 } 633 634 // 是否包含“值(o)” 635 public boolean contains(Object o) { 636 if (!(o instanceof Map.Entry)) 637 return false; 638 Map.Entry e = (Map.Entry)o; 639 Object k = e.getKey(); 640 Entry candidate = getEntry(e.getKey()); 641 return candidate != null && candidate.equals(e); 642 } 643 644 // 删除“值(o)” 645 public boolean remove(Object o) { 646 return removeMapping(o) != null; 647 } 648 649 // 返回WeakHashMap的大小 650 public int size() { 651 return WeakHashMap.this.size(); 652 } 653 654 // 清空WeakHashMap 655 public void clear() { 656 WeakHashMap.this.clear(); 657 } 658 659 // 拷贝函数。将WeakHashMap中的全部元素都拷贝到List中 660 private List<Map.Entry<K,V>> deepCopy() { 661 List<Map.Entry<K,V>> list = new ArrayList<Map.Entry<K,V>>(size()); 662 for (Map.Entry<K,V> e : this) 663 list.add(new AbstractMap.SimpleEntry<K,V>(e)); 664 return list; 665 } 666 667 // 返回Entry对应的Object[]数组 668 public Object[] toArray() { 669 return deepCopy().toArray(); 670 } 671 672 // 返回Entry对应的T[]数组(T[]我们新建数组时，定义的数组类型) 673 public <T> T[] toArray(T[] a) { 674 return deepCopy().toArray(a); 675 } 676 } 677 }
说明：WeakHashMap和HashMap都是通过"拉链法"实现的散列表。它们的源码绝大部分内容都一样，这里就只是对它们不同的部分就是说明。
WeakReference是“弱键”实现的哈希表。它这个“弱键”的目的就是：实现对“键值对”的动态回收。当“弱键”不再被使用到时，GC会回收它，WeakReference也会将“弱键”对应的键值对删除。
“弱键”是一个“弱引用(WeakReference)”，在Java中，WeakReference和ReferenceQueue 是联合使用的。在WeakHashMap中亦是如此：如果弱引用所引用的对象被垃圾回收，Java虚拟机就会把这个弱引用加入到与之关联的引用队列中。 接着，WeakHashMap会根据“引用队列”，来删除“WeakHashMap中已被GC回收的‘弱键’对应的键值对”。
另外，理解上面思想的重点是通过 expungeStaleEntries() 函数去理解。
第4部分 WeakHashMap遍历方式
4.1 遍历WeakHashMap的键值对
第一步：根据entrySet()获取WeakHashMap的“键值对”的Set集合。
第二步：通过Iterator迭代器遍历“第一步”得到的集合。
// 假设map是WeakHashMap对象 // map中的key是String类型，value是Integer类型 Integer integ = null; Iterator iter = map.entrySet().iterator(); while(iter.hasNext()) { Map.Entry entry = (Map.Entry)iter.next(); // 获取key key = (String)entry.getKey(); // 获取value integ = (Integer)entry.getValue(); }
4.2 遍历WeakHashMap的键
第一步：根据keySet()获取WeakHashMap的“键”的Set集合。
第二步：通过Iterator迭代器遍历“第一步”得到的集合。
// 假设map是WeakHashMap对象 // map中的key是String类型，value是Integer类型 String key = null; Integer integ = null; Iterator iter = map.keySet().iterator(); while (iter.hasNext()) { // 获取key key = (String)iter.next(); // 根据key，获取value integ = (Integer)map.get(key); }
4.3 遍历WeakHashMap的值
第一步：根据value()获取WeakHashMap的“值”的集合。
第二步：通过Iterator迭代器遍历“第一步”得到的集合。
// 假设map是WeakHashMap对象 // map中的key是String类型，value是Integer类型 Integer value = null; Collection c = map.values(); Iterator iter= c.iterator(); while (iter.hasNext()) { value = (Integer)iter.next(); }
WeakHashMap遍历测试程序如下：
1 import java.util.Map; 2 import java.util.Random; 3 import java.util.Iterator; 4 import java.util.WeakHashMap; 5 import java.util.HashSet; 6 import java.util.Map.Entry; 7 import java.util.Collection; 8 9 /* 10 * @desc 遍历WeakHashMap的测试程序。 11 * (01) 通过entrySet()去遍历key、value，参考实现函数： 12 * iteratorHashMapByEntryset() 13 * (02) 通过keySet()去遍历key、value，参考实现函数： 14 * iteratorHashMapByKeyset() 15 * (03) 通过values()去遍历value，参考实现函数： 16 * iteratorHashMapJustValues() 17 * 18 * @author skywang 19 */ 20 public class WeakHashMapIteratorTest { 21 22 public static void main(String[] args) { 23 int val = 0; 24 String key = null; 25 Integer value = null; 26 Random r = new Random(); 27 WeakHashMap map = new WeakHashMap(); 28 29 for (int i=0; i<12; i++) { 30 // 随机获取一个[0,100)之间的数字 31 val = r.nextInt(100); 32 33 key = String.valueOf(val); 34 value = r.nextInt(5); 35 // 添加到WeakHashMap中 36 map.put(key, value); 37 System.out.println(" key:"+key+" value:"+value); 38 } 39 // 通过entrySet()遍历WeakHashMap的key-value 40 iteratorHashMapByEntryset(map) ; 41 42 // 通过keySet()遍历WeakHashMap的key-value 43 iteratorHashMapByKeyset(map) ; 44 45 // 单单遍历WeakHashMap的value 46 iteratorHashMapJustValues(map); 47 } 48 49 /* 50 * 通过entry set遍历WeakHashMap 51 * 效率高! 52 */ 53 private static void iteratorHashMapByEntryset(WeakHashMap map) { 54 if (map == null) 55 return ; 56 57 System.out.println("\niterator WeakHashMap By entryset"); 58 String key = null; 59 Integer integ = null; 60 Iterator iter = map.entrySet().iterator(); 61 while(iter.hasNext()) { 62 Map.Entry entry = (Map.Entry)iter.next(); 63 64 key = (String)entry.getKey(); 65 integ = (Integer)entry.getValue(); 66 System.out.println(key+" -- "+integ.intValue()); 67 } 68 } 69 70 /* 71 * 通过keyset来遍历WeakHashMap 72 * 效率低! 73 */ 74 private static void iteratorHashMapByKeyset(WeakHashMap map) { 75 if (map == null) 76 return ; 77 78 System.out.println("\niterator WeakHashMap By keyset"); 79 String key = null; 80 Integer integ = null; 81 Iterator iter = map.keySet().iterator(); 82 while (iter.hasNext()) { 83 key = (String)iter.next(); 84 integ = (Integer)map.get(key); 85 System.out.println(key+" -- "+integ.intValue()); 86 } 87 } 88 89 90 /* 91 * 遍历WeakHashMap的values 92 */ 93 private static void iteratorHashMapJustValues(WeakHashMap map) { 94 if (map == null) 95 return ; 96 97 Collection c = map.values(); 98 Iterator iter= c.iterator(); 99 while (iter.hasNext()) { 100 System.out.println(iter.next()); 101 } 102 } 103 }
第5部分 WeakHashMap示例
下面通过实例来学习如何使用WeakHashMap
1 import java.util.Iterator; 2 import java.util.Map; 3 import java.util.WeakHashMap; 4 import java.util.Date; 5 import java.lang.ref.WeakReference; 6 7 /** 8 * @desc WeakHashMap测试程序 9 * 10 * @author skywang 11 * @email [email protected] 12 */ 13 public class WeakHashMapTest { 14 15 public static void main(String[] args) throws Exception { 16 testWeakHashMapAPIs(); 17 } 18 19 private static void testWeakHashMapAPIs() { 20 // 初始化3个“弱键” 21 String w1 = new String("one"); 22 String w2 = new String("two"); 23 String w3 = new String("three"); 24 // 新建WeakHashMap 25 Map wmap = new WeakHashMap(); 26 27 // 添加键值对 28 wmap.put(w1, "w1"); 29 wmap.put(w2, "w2"); 30 wmap.put(w3, "w3"); 31 32 // 打印出wmap 33 System.out.printf("\nwmap:%s\n",wmap ); 34 35 // containsKey(Object key) :是否包含键key 36 System.out.printf("contains key two : %s\n",wmap.containsKey("two")); 37 System.out.printf("contains key five : %s\n",wmap.containsKey("five")); 38 39 // containsValue(Object value) :是否包含值value 40 System.out.printf("contains value 0 : %s\n",wmap.containsValue(new Integer(0))); 41 42 // remove(Object key) ： 删除键key对应的键值对 43 wmap.remove("three"); 44 45 System.out.printf("wmap: %s\n",wmap ); 46 47 48 49 // ---- 测试 WeakHashMap 的自动回收特性 ---- 50 51 // 将w1设置null。 52 // 这意味着“弱键”w1再没有被其它对象引用，调用gc时会回收WeakHashMap中与“w1”对应的键值对 53 w1 = null; 54 // 内存回收。这里，会回收WeakHashMap中与“w1”对应的键值对 55 System.gc(); 56 57 // 遍历WeakHashMap 58 Iterator iter = wmap.entrySet().iterator(); 59 while (iter.hasNext()) { 60 Map.Entry en = (Map.Entry)iter.next(); 61 System.out.printf("next : %s - %s\n",en.getKey(),en.getValue()); 62 } 63 // 打印WeakHashMap的实际大小 64 System.out.printf(" after gc WeakHashMap size:%s\n", wmap.size()); 65 } 66 }
运行结果：
wmap:{three=w3, one=w1, two=w2}
contains key two : true
contains key five : false
contains value 0 : false
wmap: {one=w1, two=w2}
next : two - w2
after gc WeakHashMap size:1