Java中的WeakHashMap详解

楔子

WeakHashMap ，此种Map的特点是，当除了自身有对key的引用外，此key没有其他引用那么此map会自动丢弃此值，所以比较适合做缓存。

WeakHashMap 的这种特性比较适合实现类似本地、堆内缓存的存储机制——缓存的失效依赖于GC收集器的行为

WeakHashMap 的定义如下:

public class WeakHashMap<K,V> extends AbstractMap<K,V> implements Map<K,V>

简单来说， WeakHashMap 实现了Map接口，基于 hash-table 实现，在这种Map中，key的类型是 WeakReference 。如果对应的key被回收，则这个key指向的对象会被从Map容器中移除。

WeakHashMap 跟普通的HashMap不同，WeakHashMap的行为一定程度上基于垃圾收集器的行为，因此一些Map数据结构对应的常识在WeakHashMap上会失效——size()方法的返回值会随着程序的运行变小，isEmpty()方法的返回值会从false变成true等等。

实例

此例子中声明了两个Map对象，一个是HashMap，一个是WeakHashMap，同时向两个map中放入a、b两个对象，当HashMap remove掉a 并且将a、b都指向null时，WeakHashMap中的a将自动被回收掉。

出现这个状况的原因是，对于a对象而言，当HashMap remove掉并且将a指向null后，除了WeakHashMap中还保存a外已经没有指向a的指针了，所以WeakHashMap会自动舍弃掉a，而对于b对象虽然指向了null，但HashMap中还有指向b的指针。

弱引用（ WeakReference ）的特性是：当gc线程发现某个对象只有弱引用指向它，那么就会将其销毁并回收内存。

WeakHashMap<UniqueImageName, BigImage> map = new WeakHashMap<>();
BigImage bigImage = new BigImage("image_id");
UniqueImageName imageName = new UniqueImageName("name_of_big_image"); //强引用
map.put(imageName, bigImage);
assertTrue(map.containsKey(imageName));
imageName = null; //map中的values对象成为弱引用对象
System.gc(); //主动触发一次GC
await().atMost(10, TimeUnit.SECONDS).until(map::isEmpty);

典型使用场景： tomcat两级缓存

tomcat的源码里，实现缓存时会用到WeakHashMap

package org.apache.tomcat.util.collections;
import java.util.Map;
import java.util.WeakHashMap;
import java.util.concurrent.ConcurrentHashMap;
public final class ConcurrentCache<K,V> {
    private final int size;
    private final Map<K,V> eden;
    private final Map<K,V> longterm;
    public ConcurrentCache(int size) {
        this.size = size;
        this.eden = new ConcurrentHashMap<>(size);
        this.longterm = new WeakHashMap<>(size);
    }
    public V get(K k) {
        V v = this.eden.get(k);
        if (v == null) {
            synchronized (longterm) {
                v = this.longterm.get(k);
            }
            if (v != null) {
                this.eden.put(k, v);
            }
        }
        return v;
    }
    public void put(K k, V v) {
        if (this.eden.size() >= size) {
            synchronized (longterm) {
                this.longterm.putAll(this.eden);
            }
            this.eden.clear();
        }
        this.eden.put(k, v);
    }
}

源码中有 eden 和 longterm 的两个map，对jvm堆区有所了解的话，可以猜测出tomcat在这里是使用 ConcurrentHashMap 和 WeakHashMap 做了 分代的缓存 。

• 在put方法里，在插入一个k-v时，先检查eden缓存的容量是不是超了。没有超就直接放入eden缓存，如果超了则锁定longterm将eden中所有的k-v都放入longterm。再将eden清空并插入k-v。
• 在get方法中，也是优先从eden中找对应的v，如果没有则进入longterm缓存中查找，找到后就加入eden缓存并返回。

经过这样的设计，相对常用的对象都能在eden缓存中找到，不常用（有可能被销毁的对象）的则进入longterm缓存。而longterm的key的实际对象没有其他引用指向它时，gc就会自动回收heap中该弱引用指向的实际对象，弱引用进入引用队列。longterm调用expungeStaleEntries()方法，遍历引用队列中的弱引用，并清除对应的Entry，不会造成内存空间的浪费。

利用WeakHashMap实现内存缓存

可以看出，WeakHashMap的这种特性比较适合实现类似本地、堆内缓存的存储机制——缓存的失效依赖于GC收集器的行为。假设一种应用场景：我们需要保存一批大的图片对象，其中values是图片的内容，key是图片的名字，这里我们需要选择一种合适的容器保存这些对象。

使用普通的HashMap并不是好的选择，这些大对象将会占用很多内存，并且还不会被GC回收，除非我们在对应的key废弃之前主动remove掉这些元素。WeakHashMap非常适合使用在这种场景下，下面的代码演示了具体的实现：

WeakHashMap<UniqueImageName, BigImage> map = new WeakHashMap<>();
BigImage bigImage = new BigImage("image_id");
UniqueImageName imageName = new UniqueImageName("name_of_big_image"); //强引用
map.put(imageName, bigImage);
assertTrue(map.containsKey(imageName));
imageName = null; //map中的values对象成为弱引用对象
System.gc(); //主动触发一次GC
await().atMost(10, TimeUnit.SECONDS).until(map::isEmpty);

首先，创建一个WeakHashMap对象来存储BigImage实例，对应的key是UniqueImageName对象，保存到WeakHashMap里的时候，key是一个弱引用类型。

然后，我们将imageName设置为null，这样就没有其他强引用指向bigImage对象，按照WeakHashMap的规则，在下一次GC周期中会回收bigImage对象。

通过System.gc()主动触发一次GC过程，然后可以发现WeakHashMap成为空的了。

强引用、软引用和弱引用

• 强引用（ Strong Reference ）
• 软引用（ Soft Reference ）
• 弱引用 （ WeakReference ）

强引用

被强引用指向的对象，绝对不会被垃圾收集器回收。

Integer prime = 1;

这个语句中prime对象就有一个强引用。

软引用

被 SoftReference 指向的对象可能会被垃圾收集器回收，但是只有在JVM内存不够的情况下才会回收；如下代码可以创建一个软引用：

Integer prime = 1;  
	SoftReference<Integer> soft = new SoftReference<Integer>(prime);
	prime = null;

弱引用

当一个对象仅仅被 WeakReference 引用时，在下个垃圾收集周期时候该对象就会被回收。我们通过下面代码创建一个WeakReference：

Integer prime = 1;  
	WeakReference<Integer> soft = new WeakReference<Integer>(prime);
	prime = null;

当把prime赋值为null的时候，原prime对象会在下一个垃圾收集周期中被回收，因为已经没有强引用指向它。

到此这篇关于Java中的WeakHashMap总结的文章就介绍到这了,更多相关Java的WeakHashMap内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！

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