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

二、WeakHashMap的继承结构

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

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

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”。