Map(五):WeakHashMap
WeakHashMap是一個基於Map介面實現的散列表,實現細節與HashMap類似(都有負載因子、雜湊函式等等,但沒有HashMap那麼多優化手段),它的特殊之處在於每個key都是一個弱引用。
首先我們要明白什麼是弱引用,Java將引用分為四類(從JDK1.2開始),強度依次逐漸減弱:
- 強引用: 就是平常使用的普通引用物件,例如
Object obj = new Object()
,這就是一個強引用,強引用只要還存在,就不會被垃圾收集器回收。 - 軟引用: 軟引用表示一個還有用但並非必需的物件,不像強引用,它還需要通過SoftReference類來間接引用目標物件(除了強引用都是如此)。被軟引用關聯的物件,在將要發生記憶體溢位異常之前,會被放入回收範圍之中以進行第二次回收(如果第二次回收之後依舊沒有足夠的記憶體,那麼就會丟擲OOM異常)。
- 弱引用: 同樣是表示一個非必需的物件,但要比軟引用的強度還要弱,需要通過WeakReference類來間接引用目標物件。被弱引用關聯的物件只能存活到下一次垃圾回收發生之前,當觸發垃圾回收時,無論當前記憶體是否足夠,都會回收掉只被弱引用關聯的物件(如果這個物件還被強引用所引用,那麼就不會被回收)。
- 虛引用: 這是一種最弱的引用關係,需要通過PhantomReference類來間接引用目標物件。一個物件是否有虛引用的存在,完全不會對其生存時間構成影響,也無法通過虛引用來獲得物件例項。虛引用的唯一作用就是能在這個物件被回收時收到一個系統通知(結合ReferenceQueue使用)。基於這點可以通過虛引用來實現物件的解構函式,這比使用
finalize()
WeakHashMap適合用來當做一個快取來使用。假設你的快取系統是基於強引用實現的,那麼你就必須以手動(或者用一條執行緒來不斷輪詢)的方式來刪除一個無效的快取項,而基於弱引用實現的快取項只要沒被其他強引用物件關聯,就會被直接放入回收佇列。
需要注意的是,只有key是被弱引用關聯的,而value一般都是一個強引用物件。因此,需要確保value沒有關聯到它的key,否則會對key的回收產生阻礙。在極端的情況下,一個value物件A引用了另一個key物件D,而與D相對應的value物件C又反過來引用了與A相對應的key物件B,這就會產生一個引用迴圈,導致D與B都無法被正常回收。想要解決這個問題,就只能把value也變成一個弱引用,例如m.put(key, new WeakReference(value))
查詢操作的實現跟HashMap相比簡單了許多,只要讀懂了HashMap,基本都能看懂,原始碼如下:
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儘管key是一個弱引用,但仍需手動地回收那些已經無效的Entry。這個操作會在getTable()
函式中執行,不管是查詢、新增還是刪除,都需要呼叫getTable()
來獲得buckets陣列,所以這是種防止記憶體洩漏的被動保護措施。
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然後是插入操作與刪除操作,實現都比較簡單:
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我們並沒有在put()
函式中發現key被轉換成弱引用,這是怎麼回事?key只有在第一次被放入buckets陣列時才需要轉換成弱引用,也就是new Entry<>(k, value, queue, h, e)
,WeakHashMap的Entry實現其實就是WeakReference的子類。
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有關使用WeakReference的一個典型案例是ThreadLocal,感興趣的讀者可以參考我之前寫的部落格聊一聊Spring中的執行緒安全性。