WeakHashMap源码解析 -- 基于JDK1.8

介绍

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：

1. 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。
2. 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。
3. 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。

结构

public class WeakHashMap<K,V>
    extends AbstractMap<K,V>
    implements Map<K,V> {}

WeakHashMap继承自AbstractMap，实现了Map接口。

属性

	//默认初始容量16
    private static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;

    //最大容量2^30
    private static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;

    //默认加载印在0.75
    private static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

    //存放元素的Entry数组
    Entry<K,V>[] table;

    //存放元素的个数，非数组长度
    private int size;

    //阈值 = 容量 * 加载因子
    private int threshold;

    //加载因子
    private final float loadFactor;

    //保存的是“已被GC清除”的“弱引用的键”
    private final ReferenceQueue<Object> queue = new ReferenceQueue<>();

	//修改次数，用于实现fail-fast机制
    int modCount;

构造器

	//传入加载因子和初始容量。
    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;
        //把初始容量变成最接近且大于他的2的幂次。
        while (capacity < initialCapacity)
            capacity <<= 1;
        table = newTable(capacity);
        this.loadFactor = loadFactor;
        //阈值
        threshold = (int)(capacity * loadFactor);
    }

    
    public WeakHashMap(int initialCapacity) {
        this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
    }


    public WeakHashMap() {
        this(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
    }


    public WeakHashMap(Map<? extends K, ? extends V> m) {
        this(Math.max((int) (m.size() / DEFAULT_LOAD_FACTOR) + 1,
                DEFAULT_INITIAL_CAPACITY),
             DEFAULT_LOAD_FACTOR);
        putAll(m);
    }

构造器总体和HashMap实现原理相同。

方法

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。