Java中的集合(十二) 实现Map接口的WeakHashMap

Java中的集合(十二) 实现Map接口的WeakHashMap

一、WeakHashMap简介

WeakHashMap和HashMap一样,WeakHashMap也是一个哈希表,存储的也是键值对(key-value)映射,且键值都可以为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。

(一)、WeakHashMap与Map的关系

Java中的集合(十二) 实现Map接口的WeakHashMap

二、WeakHashMap的继承结构

Java中的集合(十二) 实现Map接口的WeakHashMap

Java中的集合(十二) 实现Map接口的WeakHashMap

从上图中可以看出:

1、WeakHashMap继承AbstractMap,实现了Map接口。

三、WeakHashMap的构造方法

Java中的集合(十二) 实现Map接口的WeakHashMap

四、WeakHashMap主要成员属性

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。

1、table

table是Entry<K,V>[ ]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。

2、size

size是WeakHashMap的大小,保存了WeakHashMap键值对的数量。

3、threshold

threshold是WeakHashMap的阈值,用于判断是否需要调整WeakHashMap的容量。threshold的值="容量 * 加载因子"。

4、loadFactor

loadFactor是WeakHashMap的加载因子,默认为0.75f。

5、modCount

modCount用来帮助实现fail-fast机制的。

6、queue

保存的是“已被GC清除”的“弱引用的键”。

五、WeakHashMap的遍历方式

WeakHashMap的遍历方式和HashMap的基本一致,可参考Java集合(十)实现Map接口的HashMap 的遍历方式。

六、WeakHashMap常用API

Java中的集合(十二) 实现Map接口的WeakHashMap

七、WeakHashMap与HashMap的异同

(一)、相同点

    • 两者都是哈希表,存储的是键值对的映射关系。
    • 两者都继承了AbstractMap,实现Map接口。
    • 两者构造函数基本一致,都包括4个构造函数,而且函数的参数都一样。
    • 两者的默认大小都是16,默认加载因子都是0.75f。
    • 两者的键值都允许存储null。
    • 两者都是非同步,是线程不安全的。

(二)、不同点

    • HashMap实现了Cloneable和Serializable接口,而WeakHashMap没有。
    • HashMap的键是“强引用(StrongReference)”,而WeakHashMap的键是“弱引用(WeakReference)”。

八、动态回收

WeakReference的“弱键”能实现WeakReference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。

这个“弱键”实现的动态回收“键值对”的原理呢?其实,通过WeakReference(弱引用)和ReferenceQueue(引用队列)实现的。 首先,我们需要了解WeakHashMap中:
    第一,“键”是WeakReference,即key是弱键。
    第二,ReferenceQueue是一个引用队列,它是和WeakHashMap联合使用的。当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。 WeakHashMap中的ReferenceQueue是queue。
   第三,WeakHashMap是通过数组实现的,我们假设这个数组是table。

(一)、动态回收的步骤

①、新建WeakHashMap,将“键值对”添加到WeakHashMap中。

将键值对添加到WeakHashMap中时,添加的键都是弱键。
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queue队列中。

例如,当我们在将弱键key添加到WeakHashMap之后;后来将key设为null。这时,便没有外部外部对象再引用该了key。

接着,当Java虚拟机的GC回收内存时,会回收key的相关内存;同时,将key添加到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“弱键”;同步它们,就是删除table中被GC回收的“弱键”对应的键值对。

例如,当我们读取WeakHashMap中的元素或获取WeakReference的大小时,它会先同步table和queue,目的是“删除table中被GC回收的‘弱键’对应的键值对。删除的方法就是逐个比较table中元素的‘键’和queue中的‘键’”,若它们相当,则删除“table中的该键值对”。

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