见实例:此例子中声明了两个Map对象,一个是HashMap,一个是WeakHashMap,同时向两个map中放入a、b两个对象,当HashMap remove掉a 并且将a、b都指向null时,WeakHashMap中的a将自动被回收掉。出现这个状况的原因是,对于a对象而言,当HashMap remove掉并且将a指向null后,除了WeakHashMap中还保存a外已经没有指向a的指针了,所以WeakHashMap会自动舍弃掉a,而对于b对象虽然指向了null,但HashMap中还有指向b的指针,所以WeakHashMap将会保留。
package test; import java.util.HashMap; import java.util.Iterator; import java.util.Map; import java.util.WeakHashMap; public class Test { public static void main(String[] args) throws Exception { String a = new String("a"); String b = new String("b"); Map weakmap = new WeakHashMap(); Map map = new HashMap(); map.put(a, "aaa"); map.put(b, "bbb"); weakmap.put(a, "aaa"); weakmap.put(b, "bbb"); map.remove(a); a=null; b=null; System.gc(); Iterator i = map.entrySet().iterator(); while (i.hasNext()) { Map.Entry en = (Map.Entry)i.next(); System.out.println("map:"+en.getKey()+":"+en.getValue()); } Iterator j = weakmap.entrySet().iterator(); while (j.hasNext()) { Map.Entry en = (Map.Entry)j.next(); System.out.println("weakmap:"+en.getKey()+":"+en.getValue()); } } }
1、四种引用
从JDK1.2版本开始,把对象的引用分为四种级别,从而使程序能更加灵活的控制对象的生命周期。这四种级别由高到低依次为:强引用、软引用、弱引用和虚引用。
强引用:平时我们编程的时候例如:Object object=new Object();那object就是一个强引用了。如果一个对象具有强引用,那就类似于必不可少的生活用品,垃圾回收器绝不会回收它。当内存空 间不足,Java虚拟机宁愿抛出OutOfMemoryError错误,使程序异常终止,也不会靠随意回收具有强引用的对象来解决内存不足问题。
软引用(SoftReference):如果一个对象只具有软引用,那就类似于可有可物的生活用品。如果内存空间足够,垃圾回收器就不会回收它,如果内存 空间不足了,就会回收这些对象的内存。只要垃圾回收器没有回收它,该对象就可以被程序使用。软引用可用来实现内存敏感的高速缓存。 软引用可以和一个引用队列(ReferenceQueue)联合使用,如果软引用所引用的对象被垃圾回收,Java虚拟机就会把这个软引用加入到与之关联 的引用队列中。
弱引用(WeakReference):如果一个对象只具有弱引用,那就类似于可有可物的生活用品。弱引用与软引用的区别在于:只具有弱引用的对象拥有更 短暂的生命周期。在垃圾回收器线程扫描它 所管辖的内存区域的过程中,一旦发现了只具有弱引用的对象,不管当前内存空间足够与否,都会回收它的内存。不过,由于垃圾回收器是一个优先级很低的线程, 因此不一定会很快发现那些只具有弱引用的对象。 弱引用可以和一个引用队列(ReferenceQueue)联合使用,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。
虚引用(PhantomReference):“虚引用”顾名思义,就是形同虚设,与其他几种引用都不同,虚引用并不会决定对象的生命周期。如果一个对象 仅持有虚引用,那么它就和没有任何引用一样,在任何时候都可能被垃圾回收。 虚引用主要用来跟踪对象被垃圾回收的活动。虚引用与软引用和弱引用的一个区别在于:虚引用必须和引用队列 (ReferenceQueue)联合使用。当垃圾回收器准备回收一个对象时,如果发现它还有虚引用,就会在回收对象的内存之前,把这个虚引用加入到与之 关联的引用队列中。程序可以通过判断引用队列中是否已经加入了虚引用,来了解被引用的对象是否将要被垃圾回收。程序如果发现某个虚引用已经被加入到引用队 列,那么就可以在所引用的对象的内存被回收之前采取必要的行动。
2、WeakHashMap源码分析
WeakHashMap维护了一个ReferenceQueue,保存了所有存在引用的Key对象。
private final ReferenceQueue<K> queue = new ReferenceQueue<K>(); WeakHashMap.Entry<K,V>中并没有保存Key,只是将Key与ReferenceQueue关联上了。 private static class Entry<K,V> extends WeakReference<K> implements Map.Entry<K,V> { private V value; private final int hash; private Entry<K,V> next; Entry(K key, V value, ReferenceQueue<K> queue, int hash, Entry<K,V> next) { super(key, queue); this.value = value; this.hash = hash; this.next = next; } …… }
WeakHashMap中有一个私有的expungeStaleEntries()方法,会在大部分共有方法中被调用。这个方法会将ReferenceQueue中所有失效的引用从Map中去除。
private void expungeStaleEntries() { Entry<K,V> e; while ( (e = (Entry<K,V>) queue.poll()) != null) { int h = e.hash; int i = indexFor(h, table.length); Entry<K,V> prev = table[i]; Entry<K,V> p = prev; while (p != null) { Entry<K,V> next = p.next; if (p == e) { if (prev == e) table[i] = next; else prev.next = next; e.next = null; // Help GC e.value = null; // " " size--; break; } prev = p; p = next; } } }
3、几个需要注意的地方
WeakHashMap的Key是弱引用,Value不是。
WeakHashMap不会自动释放失效的弱引用,仅当包含了expungeStaleEntries()的共有方法被调用的时候才会释放
Reference类中有一段static代码
static private class Lock { }; private static Lock lock = new Lock(); private static Reference pending = null; static { ThreadGroup tg = Thread.currentThread().getThreadGroup(); for (ThreadGroup tgn = tg; tgn != null; tg = tgn, tgn = tg.getParent()); Thread handler = new ReferenceHandler(tg, "Reference Handler"); /* If there were a special system-only priority greater than * MAX_PRIORITY, it would be used here */ handler.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY); handler.setDaemon(true); handler.start(); }
线程的优先级设成MAX,是一个什么样的线程需要如此高的权限?pending 、lock 都被static声明,lock.wait之后谁来唤醒,互联网上一顿搜罗,才明白JVM参与了这些事。
用通俗的话把JVM干的事串一下: 假设,WeakHashMap对象里面已经保存了很多对象的引用。JVM使用进行CMS GC的时候,会创建一个ConcurrentMarkSweepThread(简称CMST)线程去进行GC,ConcurrentMarkSweepThread线程被创建的同时会创建一个SurrogateLockerThread(简称SLT)线程并且启动它,SLT启动之后,处于等待阶段。CMST开始GC时,会发一个消息给SLT让它去获取Java层Reference对象的全局锁:lock。直到CMS GC完毕之后,JVM会将WeakHashMap中所有被回收的对象所属的WeakReference容器对象放入到Reference的pending 属性当中(每次GC完毕之后,pending属性基本上都不会为null了),然后通知SLT释放并且notify全局锁: lock。此时激活了ReferenceHandler线程的run方法,使其脱离wait状态,开始工作了。ReferenceHandler这个线程会将pending中的所有WeakReference对象都移动到它们各自的列队当中,比如当前这个WeakReference属于某个WeakHashMap对象,那么它就会被放入相应的ReferenceQueue列队里面(该列队是链表结构)。
想要了解具体细节,再深扒一下openjdk的源码instanceRefKlass.cpp获得lock部分
void instanceRefKlass::acquire_pending_list_lock(BasicLock *pending_list_basic_lock) { // we may enter this with pending exception set PRESERVE_EXCEPTION_MARK; // exceptions are never thrown, needed for TRAPS argument Handle h_lock(THREAD, java_lang_ref_Reference::pending_list_lock()); ObjectSynchronizer::fast_enter(h_lock, pending_list_basic_lock, false, THREAD); assert(ObjectSynchronizer::current_thread_holds_lock( JavaThread::current(), h_lock), "Locking should have succeeded"); if (HAS_PENDING_EXCEPTION) CLEAR_PENDING_EXCEPTION; }
Gc完成后, pending赋值,lock释放
void instanceRefKlass::release_and_notify_pending_list_lock( BasicLock *pending_list_basic_lock) { // we may enter this with pending exception set PRESERVE_EXCEPTION_MARK; // exceptions are never thrown, needed for TRAPS argument // Handle h_lock(THREAD, java_lang_ref_Reference::pending_list_lock()); assert(ObjectSynchronizer::current_thread_holds_lock( JavaThread::current(), h_lock), "Lock should be held"); // Notify waiters on pending lists lock if there is any reference. if (java_lang_ref_Reference::pending_list() != NULL) { ObjectSynchronizer::notifyall(h_lock, THREAD); } ObjectSynchronizer::fast_exit(h_lock(), pending_list_basic_lock, THREAD); if (HAS_PENDING_EXCEPTION) CLEAR_PENDING_EXCEPTION; }
private static class ReferenceHandler extends Thread { ReferenceHandler(ThreadGroup g, String name) { super(g, name); } public void run() { for (;;) { Reference r; synchronized (lock) { if (pending != null) { r = pending; Reference rn = r.next; pending = (rn == r) ? null : rn; r.next = r; } else { try { lock.wait(); } catch (InterruptedException x) { } continue; } } // Fast path for cleaners if (r instanceof Cleaner) { ((Cleaner)r).clean(); continue; } ReferenceQueue q = r.queue; if (q != ReferenceQueue.NULL) q.enqueue(r); } } }
上面部分讲了JVM在GC的时候帮我们把WeakHashMap中的key的内存释放掉了,那么 WeakHashMap中Entry数据怎么释放,看看 WeakHashMap的 ReferenceQueue怎么起的作用?
Entry如何清理
当GC之后,WeakHashMap对象里面get、put数据或者调用size方法的时候,WeakHashMap比HashMap多了一个 expungeStaleEntries()方法
private void expungeStaleEntries() { Entry<K,V> e; while ( (e = (Entry<K,V>) queue.poll()) != null) { int h = e.hash; int i = indexFor(h, table.length); Entry<K,V> prev = table[i]; Entry<K,V> p = prev; while (p != null) { Entry<K,V> next = p.next; if (p == e) { if (prev == e) table[i] = next; else prev.next = next; e.next = null; // Help GC e.value = null; // " " size--; break; } prev = p; p = next; } } }