WeakHashMap和Java引用类型详细解析

WeakHashMap是种弱引用的HashMap，这是说，WeakHashMap里的key值如果没有外部强引用，在垃圾回收之后，WeakHashMap的对应内容也会被移除掉。

1.1 Java的引用类型

在讲解WeakHashMap之前，我们需要了解Java中引用的相关类：

ReferenceQueue，引用队列，与某个引用类绑定，当引用死亡后，会进入这个队列。

HardReference，强引用，任何以类似String str=new String()建立起来的引用，都是强引用。在str指向另一个对象或者null之前，该String对象都不会被GC（Garbage Collector垃圾回收器）回收；

WeakReference，弱引用，可以通过java.lang.ref.WeakReference来建立，当GC要求回收对象时，它不会阻止对象被回收，该对象会立刻被回收；

SoftReference，软引用，可以通过java.lang.ref.SoftReference来建立，和弱引用一样，当GC要求回收时，它不会阻止对象被回收，但不同的是该对回收过程会被延迟，必须要等到JVM heap内存不够用，接近产生OutOfMemory错误时，才会回收；

PhantomReference，虚引用，可以通过java.lang.ref.PhantomPeference来建立，这种类型的引用很特别，大多数时间，无法通过它拿到其引用的对象，但是，当这个对象死亡的时候，该引用还是会进入ReferenceQueue队列。

下面提供一个例子来分别说明它们的作用：

ReferenceQueue<Ref> queue = new ReferenceQueue<Ref>();

// 创建一个弱引用

WeakReference<Ref> weak = new WeakReference<Ref>(new Ref("Weak"),queue);

// 创建一个虚引用

PhantomReference<Ref> phantom = new PhantomReference<Ref>(new Ref(

"Phantom"), queue);

// 创建一个软引用

SoftReference<Ref> soft = new SoftReference<Ref>(new Ref("Soft"),queue);

System.out.println("引用内容:");

System.out.println(weak.get());

System.out.println(phantom.get());

System.out.println(soft.get());

System.out.println("被回收的引用:");

for (Reference r = null; (r = queue.poll()) != null;) {

System.out.println(r);

}

Ref这个类是个自定义的测试类，源码如下所示：

class Ref {

Object v;

Ref(Object v) {

this.v = v;

}

public String toString() {

return this.v.toString();

}

在这个例子里，分别创建了弱引用、虚引用和软引用，get()方法用于获取它们引用的Ref对象，可以注意到，Ref对象在外部并没有任何引用，所以，在某个时间点，GC应当会回收对象。来看看代码执行的结果：

引用内容:

Weak

null

Soft

被回收的引用:

可以看到，弱引用和软引用的对象还是可达的，但是虚引用是不可达的。被回收的引用没有内容，说明GC还没有回收它们。

这证实了虚引用的性质：

虚引用非常弱，以至于它自己也找不到自己的引用内容。

对之前的代码进行改造，在输出内容前加入代码：

// 强制垃圾回收

System.gc();

再执行一次，得到结果：

引用内容:

null

Soft

被回收的引用:

java.lang.ref.WeakReference@3b764bce

java.lang.ref.PhantomReference@759ebb3d

现在可达的引用只剩下Soft了，引用队列里多出了两条引用，说明WeakReference和PhantomReference的对象被回收。

再修改一次代码，让WeakPeference和PhantomReference去引用一个强引用对象：

Ref wr = new Ref("Hard");

WeakReference<Ref> weak = new WeakReference<Ref>(wr, queue);

PhantomReference<Ref> phantom = new PhantomReference<Ref>(wr, queue);

输出结果如下所示：

引用内容:

Hard

null

Soft

被回收的引用:

这证实了弱引用的性质：

弱引用的对象，如果没有被强引用，在垃圾回收后，引用对象会不可达。

1.2 WeakHashMap实现方式

WeakHashMap利用了ReferenceQueue和WeakReference来实现它的核心功能：当key值没有强引用的时候，从WeakHashMap里移除。

先来看看WeakHashMap的键值对实体类WeakHashMap.Entry的实现：

private static class Entry<K,V> extends WeakReference<Object> implements Map.Entry<K,V> {

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;

}

...

}

关键注意两处：

1、Entry继承自WeakReference；

2、Entry本身没有保存key值，而是把key作为WeakReference的引用对象交给了super构造。

这说明，Entry是个针对key值的弱引用。

WeakHashMap实现清除陈旧实体的方法是expungStaleEntries()，其源码实现如下：

private void expungeStaleEntries() {

//遍历引用队列，找到每一个被GC收集的对象

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);

//从链表里移除该实体

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;

//帮助GC执行

e.value = null;

size--;

break;

}

prev = p;

p = next;

}

expungStaleEntries()方法会在resize、put、get、forEach方法里被调用。