WeakHashMap 源码简读 – 专注缓存特殊 Map

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前言

阅读 Java 版本为 1.8.0.25

WeakHashMap 是一个很特殊的集合类。

在不对 WeakHashMap 进行任何操作的情况下,它的键值对也会被 GC 回收,因为它的 key 是弱引用。

这种奇葩 Map 有啥用呢,其实在缓存情况下,还真有点用。

WeakHashMap 源码简读 - 专注缓存特殊 Map

源码位置先放上,因为这个类和 HashMap 其实类似,所有我觉得没必要特别仔细,知道特性就可以了:

关于什么是弱引用,特地去查了点资料,可以看看:弱引用是什么,和其他引用有啥区别?

内部实现的话,不会讲很细,和 HashMap 非常类似,可以看看: 侃晕面试官的 HashMap 源码分析 – 这真不是我吹

使用场景

WeekHashMap 的这个特点特别适用于需要缓存的场景

在缓存场景下,由于内存是有限的,不能缓存所有对象;对象缓存命中可以提高系统效率,但缓存 MISS 也不会造成错误,因为可以通过计算重新得到。

WeakHashMap 特点

弱引用实现原理

最基础的表象就是:

即使在 WeakHashMap 实例上进行同步,也没有调用其变异器方法, size 方法可以随时间返回较小的值

isEmpty 方法可以先返回 false ,然后再返回 true

对于给定的键,containsKey 方法可能先返回 true ,再返回 false

对于 get 方法返回给定键的值,但后来返回null

因为垃圾收集器可能随时丢弃 key,所以 WeakHashMap 可能表现为未知线程静默地删除条目。

这只是表现出来的特点,原理其实就是弱引用。

当发生GC时,弱引用对象总会被回收,因此弱引用也可以用于缓存。

其实最底层的实现就这么一段:

    private static class Entry<K,V> 
        extends WeakReference<Object> 
        implements Map.Entry<K,V> {
    
        V value;
        final int hash;
        Entry<K,V> next;
     }

WeakHashMap 的 Entry 继承了 WeakReference ,而 WeakReference 看名字就知道是弱引用。

删除过期条目

private void expungeStaleEntries() 作用是删除过期条目。

在以下方法中进行了调用:

  • private Entry<K,V>[] getTable() 在删除旧条目后返回表,每次增删改查都会调用这个方法
  • public int size() 查询集合大小
  • void resize(int newCapacity) 扩容方法

意思就是,基本 WeakHashMap 每次操作都会先删除过期条目。

先贴代码:

    private void expungeStaleEntries() {
        for (Object x; (x = queue.poll()) != null; ) {
            synchronized (queue) {
                @SuppressWarnings("unchecked")
                    Entry<K,V> e = (Entry<K,V>) x;
                int i = indexFor(e.hash, 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;
                        // Must not null out e.next;
                        // stale entries may be in use by a HashIterator
                        e.value = null; // Help GC
                        size--;
                        break;
                    }
                    prev = p;
                    p = next;
                }
            }
        }
    }

代码就不一行一行解释了,这个方法的作用流程是:

  1. 遍历 queue(已清除的WeakEntries的参考队列)
  2. 如果存在相同 key,则删除该 key
//queue 保存的是“已被GC清除的”“弱引用的键”。
private final ReferenceQueue<Object> queue = new ReferenceQueue<>();

所以这也是 WeakHashMap 的另一个特点:

一旦这样的 key 被丢弃,它就永远不会被重新创建,所以不可能在稍后的WeakHashMap中查找该 key。

ReferenceQueue的作用

当 gc(垃圾回收线程)准备回收一个对象时,如果发现它还仅有软引用(或弱引用,或虚引用)指向它

就会在回收该对象之前,把这个软引用(或弱引用,或虚引用)加入到与之关联的引用队列(ReferenceQueue)中。

如果一个软引用(或弱引用,或虚引用)对象本身在引用队列中,就说明该引用对象所指向的对象被回收了。

WeakHashMap Entry 条目构造方法如下:

        /**
         * 创建新条目
         */
        Entry(Object key, V value, ReferenceQueue<Object> queue, int hash, Entry<K,V> next) {
            super(key, queue);
            this.value = value;
            this.hash  = hash;
            this.next  = next;
        }

使用父类 WeakReference 构造方法:

public class WeakReference<T> extends Reference<T> {

    /**
     * 创建引用给定对象的新的弱引用。
     * 新引用未注册到任何队列。
     * @param referent 新的弱引用将引用
     */
    public WeakReference(T referent) {
        super(referent);
    }

    /**
     * 创建引用给定对象并在给定队列中注册的新的弱引用。
     * @param referent 新的弱引用将引用
     * @param q 要注册参考的队列,如果不需要注册, 则为 null
     */
    public WeakReference(T referent, ReferenceQueue<? super T> q) {
        super(referent, q);
    }
}

最终方法的构造方法:

    Reference(T referent, ReferenceQueue<? super T> queue) {
        this.referent = referent;
        this.queue = (queue == null) ? ReferenceQueue.NULL : queue;
    }

所以,在 GC 回收弱引用的时候,会将弱引用加入引用队列,这也是 WeakReference 可以删除过期条目的实现基础。

参考文章

https://www.pdai.tech/md/java/collection/java-map-WeakHashMap.html

https://www.cnblogs.com/CarpenterLee/p/5544598.html

https://blog.csdn.net/wangshihui512/article/details/51611191

https://www.cnblogs.com/nullzx/p/7406151.html

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