WeakHashMap

作為一個(gè)java開發(fā)者肯定都知道且使用HashMap，但估計(jì)大部分人都不太知道WeakHashMap。

從類定義上來看，它和普通的HashMap一樣，繼承了AbstractMap類和實(shí)現(xiàn)了Map接口，也就是說它有著與HashMap差不多的功能。

那么既然jdk已經(jīng)提供了HashMap，為什么還要再提供一個(gè)WeakHashMap呢？ 黑格爾曾經(jīng)說過，存在必合理，接下來我們來看下為什么有WeakHashMap。 　　

先來想象一下你因?yàn)槟撤N需求需要一個(gè)Cache，你肯定會(huì)面臨一個(gè)問題，就是所有數(shù)據(jù)不可能都放到Cache里，或者放到Cache里性價(jià)比太低了。

這個(gè)時(shí)候你可能很快就想到了各種Cache數(shù)據(jù)過期策略，目前也有一些優(yōu)秀的包提供了功能豐富的Cache，比如Google的Guava Cache，它支持?jǐn)?shù)據(jù)定期過期、LRU、LFU等策略，但它任然有可能會(huì)導(dǎo)致有用的數(shù)據(jù)被淘汰，沒用的數(shù)據(jù)遲遲不淘汰（如果策略使用得當(dāng)?shù)那闆r下這都是小概率事件）。 　　

如果我現(xiàn)在說有種機(jī)制，可以讓你Cache里不用的key數(shù)據(jù)自動(dòng)清理掉，用的還留著，沒有誤殺也沒有漏殺你信不信！沒錯(cuò)WeakHashMap就是能實(shí)現(xiàn)這種功能的東西，這也是它和普通的HashMap不同的地方——它有自清理的機(jī)制。 　　

如果讓你實(shí)現(xiàn)一種自清理的HashMap，你怎么做？ 我的做法肯定是想辦法先知道某個(gè)Key肯定沒有在用了，然后清理到HashMap中對(duì)應(yīng)的K-V。

在JVM里一個(gè)對(duì)象沒用了是指沒有任何其他有用對(duì)象直接或者間接執(zhí)行它，具體點(diǎn)就是在GC過程中它是GCRoots不可達(dá)的。 Jvm提供了一種機(jī)制能讓我們感知到一個(gè)對(duì)象是否已經(jīng)變成了垃圾對(duì)象，這就是WeakReference，不了解WeakReference的可以看下我上一篇介紹博客Java弱引用(WeakReferences)。 　　

某個(gè)WeakReference對(duì)象所指向的對(duì)象如果被判定為垃圾對(duì)象，Jvm會(huì)將該WeakReference對(duì)象放到一個(gè)ReferenceQueue里，我們只要看下這個(gè)Queue里的內(nèi)容就知道某個(gè)對(duì)象還有沒有用了。 WeakHashMap就是這么做的，所以這里的Weak是指WeakReference。接下來讓我們看下它的代碼，看它具體是怎么實(shí)現(xiàn)的。

源碼分析

    private static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16;
    private static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30;
    private static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f;

和普通HashMap一樣，WeakHashMap也有一些默認(rèn)值，比如默認(rèn)容量是16，最大容量2^30，使用超過75%它就會(huì)自動(dòng)擴(kuò)容。

Entry

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

它的Entry和普通HashMap的Entry最大的不同是它繼承了WeakReference，然后把Key做成了弱引用（注意只有Key沒有Value），然后傳入了一個(gè)ReferenceQueue，這就讓它能在某個(gè)key失去所有強(qiáng)引用的時(shí)候感知到。

put

    public V put(K key, V value) {
        Object k = maskNull(key);
        int h = hash(k);
        Entry<K,V>[] tab = getTable();
        int i = indexFor(h, tab.length);
        for (Entry<K,V> e = tab[i]; e != null; e = e.next) {
            if (h == e.hash && eq(k, e.get())) {
                V oldValue = e.value;
                if (value != oldValue)
                    e.value = value;
                return oldValue;
            }
        }
        modCount++;
        Entry<K,V> e = tab[i];
        tab[i] = new Entry<>(k, value, queue, h, e);
        if (++size >= threshold)
            resize(tab.length * 2);
        return null;
    }

put方法也很簡(jiǎn)單，用key的hashcode在tab中定位，然后判斷是否是已經(jīng)存在的key，已經(jīng)存在就替換舊值，否則就新建Entry，遇到多個(gè)不同的key有同樣的hashCode就采用開鏈的方式解決hash沖突。

注意這里和HashMap不太一樣的地方，HashMap會(huì)在鏈表太長(zhǎng)的時(shí)候?qū)︽湵碜鰳浠?，把單鏈表轉(zhuǎn)換為紅黑樹，防止極端情況下hashcode沖突導(dǎo)致的性能問題，但在WeakHashMap中沒有樹化。 　　

同樣，在size大于閾值的時(shí)候，WeakHashMap也對(duì)做resize的操作，也就是把tab擴(kuò)大一倍。WeakHashMap中的resize比HashMap中的resize要簡(jiǎn)單好懂些，但沒HashMap中的resize優(yōu)雅。

WeakHashMap中resize有另外一個(gè)額外的操作，就是expungeStaleEntries()，就是對(duì)tab中的死對(duì)象做清理，稍后會(huì)詳細(xì)介紹。

get

    public V get(Object key) {
        Object k = maskNull(key);
        int h = hash(k);
        Entry<K,V>[] tab = getTable();
        int index = indexFor(h, tab.length);
        Entry<K,V> e = tab[index];
        while (e != null) {
            if (e.hash == h && eq(k, e.get()))
                return e.value;
            e = e.next;
        }
        return null;
    }

get方法就沒什么特別的了，因?yàn)镋ntry里存了hash值和key的值，所以只要用indexFor定位到tab中的位置，然后遍歷一下單鏈表就知道了。

expungeStaleEntries

    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;
                }
            }
        }
    }

expungeStaleEntries就是WeakHashMap的核心了，它承擔(dān)著Map中死對(duì)象的清理工作。原理就是依賴WeakReference和ReferenceQueue的特性。

在每個(gè)WeakHashMap都有個(gè)ReferenceQueue queue，在Entry初始化的時(shí)候也會(huì)將queue傳給WeakReference，這樣當(dāng)某個(gè)可以key失去所有強(qiáng)應(yīng)用之后，其key對(duì)應(yīng)的WeakReference對(duì)象會(huì)被放到queue里，有了queue就知道需要清理哪些Entry里。這里也是整個(gè)WeakHashMap里唯一加了同步的地方。 　　

除了上文說的到resize中調(diào)用了expungeStaleEntries()，size()中也調(diào)用了這個(gè)清理方法。另外 getTable()也調(diào)了，這就意味著幾乎所有其他方法都間接調(diào)用了清理。

其他

除了上述幾個(gè)和HashMap不太一樣的地方外，WeakHashMap也提供了其他HashMap所有的方法，比如像remove、clean、putAll、entrySet…… 功能上幾乎可以完全替代HashMap，但WeakHashMap也有一些自己的缺陷。

缺陷

1.非線程安全

關(guān)鍵修改方法沒有提供任何同步，多線程環(huán)境下肯定會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致的情況，所以使用時(shí)需要多注意。

2.單純作為Map沒有HashMap好

HashMap在Jdk8做了好多優(yōu)化，比如單鏈表在過長(zhǎng)時(shí)會(huì)轉(zhuǎn)化為紅黑樹，降低極端情況下的操作復(fù)雜度。

但WeakHashMap沒有相應(yīng)的優(yōu)化，有點(diǎn)像jdk8之前的HashMap版本。

3.不能自定義ReferenceQueue

WeakHashMap構(gòu)造方法中沒法指定自定的ReferenceQueue，如果用戶想用ReferenceQueue做一些額外的清理工作的話就行不通了。

如果即想用WeakHashMap的功能，也想用ReferenceQueue，貌似得自己實(shí)現(xiàn)一套新的WeakHashMap了。

用途

這里列舉幾個(gè)我所知道的WeakHashMap的使用場(chǎng)景。

1.阿里Arthas

在阿里開源的Java診斷工具中使用了WeakHashMap做類-字節(jié)碼的緩存。

 // 類-字節(jié)碼緩存
    private final static Map<Class<?>/*Class*/, byte[]/*bytes of Class*/> classBytesCache
            = new WeakHashMap<Class<?>, byte[]>();

2.Cache

WeakHashMap這種自清理的機(jī)制，非常適合做緩存了。

3.ThreadLocalMap

ThreadLocal中用ThreadLocalMap存儲(chǔ)Thread對(duì)象，雖然ThreadLocalMap和WeakHashMap不是一個(gè)東西，但ThreadLocalMap也利用到了WeakReference的特性，功能用途很類似，所以我很好奇為什么ThreadLocalMap不直接用WeakHashMap呢！

到此這篇關(guān)于Java中WeakHashMap的使用詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)WeakHashMap的使用內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

最新評(píng)論