摘要:另外打散方式也不同,只用了一次異或,這里用了四次,給出的解釋是一次夠了,而且就算沖突了也會轉換成紅黑樹,對效率沒什么影響。
介紹
WeakHashMap是一種弱引用map,內部的key會存儲為弱引用,當jvm gc的時候,如果這些key沒有強引用存在的話,會被gc回收掉,下一次當我們操作map的時候會把對應的Entry整個刪除掉,基于這種特性,WeakHashMap特別適用于緩存處理。
繼承體系
WeakHashMap沒有實現Clone和Serializable接口,所以不具有克隆和序列化的特性。
WeakHashMap因為gc的時候會把沒有強引用的key回收掉,所以注定了它里面的元素不會太多,因此也就不需要像HashMap那樣元素多的時候轉化為紅黑樹來處理了。
因此,WeakHashMap的存儲結構只有(數組 + 鏈表)。
源碼解析 屬性/** * 默認初始容量為16 */ private static final int DEFAULT_INITIAL_CAPACITY = 16; /** * 最大容量為2的30次方 */ private static final int MAXIMUM_CAPACITY = 1 << 30; /** * 默認裝載因子 */ private static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75f; /** * 桶 */ Entry[] table; /** * 元素個數 */ private int size; /** * 擴容門檻,等于capacity * loadFactor */ private int threshold; /** * 裝載因子 */ private final float loadFactor; /** * 引用隊列,當弱鍵失效的時候會把Entry添加到這個隊列中 */ private final ReferenceQueue
容量
容量為數組的長度,亦即桶的個數,默認為16,最大為2的30次方,當容量達到64時才可以樹化。
裝載因子
裝載因子用來計算容量達到多少時才進行擴容,默認裝載因子為0.75。
引用隊列
當弱鍵失效的時候會把Entry添加到這個隊列中,當下次訪問map的時候會把失效的Entry清除掉。
Entry內部類WeakHashMap內部的存儲節點, 沒有key屬性。
private static class Entryextends WeakReference
從Entry的構造方法我們知道,key和queue最終會傳到到Reference的構造方法中,這里的key就是Reference的referent屬性,它會被gc特殊對待,即當沒有強引用存在時,當下一次gc的時候會被清除。
構造方法public WeakHashMap(int initialCapacity, float loadFactor) { if (initialCapacity < 0) throw new IllegalArgumentException("Illegal Initial Capacity: "+ initialCapacity); if (initialCapacity > MAXIMUM_CAPACITY) initialCapacity = MAXIMUM_CAPACITY; if (loadFactor <= 0 || Float.isNaN(loadFactor)) throw new IllegalArgumentException("Illegal Load factor: "+ loadFactor); int capacity = 1; while (capacity < initialCapacity) capacity <<= 1; table = newTable(capacity); this.loadFactor = loadFactor; threshold = (int)(capacity * loadFactor); } public WeakHashMap(int initialCapacity) { this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR); } public WeakHashMap() { this(DEFAULT_INITIAL_CAPACITY, DEFAULT_LOAD_FACTOR); } public WeakHashMap(Map extends K, ? extends V> m) { this(Math.max((int) (m.size() / DEFAULT_LOAD_FACTOR) + 1, DEFAULT_INITIAL_CAPACITY), DEFAULT_LOAD_FACTOR); putAll(m); }
構造方法與HashMap基本類似,初始容量為大于等于傳入容量最近的2的n次方,擴容門檻threshold等于capacity * loadFactor
put(K key, V value)方法 增加元素的方法public V put(K key, V value) { // 如果key為空,用空對象代替 Object k = maskNull(key); // 計算key的hash值 int h = hash(k); // 獲取桶 Entry[] tab = getTable(); // 計算元素在哪個桶中,h & (length-1) int i = indexFor(h, tab.length); // 遍歷桶對應的鏈表 for (Entry e = tab[i]; e != null; e = e.next) { if (h == e.hash && eq(k, e.get())) { // 如果找到了元素就使用新值替換舊值,并返回舊值 V oldValue = e.value; if (value != oldValue) e.value = value; return oldValue; } } modCount++; // 如果沒找到就把新值插入到鏈表的頭部 Entry e = tab[i]; tab[i] = new Entry<>(k, value, queue, h, e); // 如果插入元素后數量達到了擴容門檻就把桶的數量擴容為2倍大小 if (++size >= threshold) resize(tab.length * 2); return null; }
計算hash;
這里與HashMap有所不同,HashMap中如果key為空直接返回0,這里是用空對象來計算的。
另外打散方式也不同,HashMap只用了一次異或,這里用了四次,HashMap給出的解釋是一次夠了,而 且就算沖突了也會轉換成紅黑樹,對效率沒什么影響。
計算在哪個桶中;
遍歷桶對應的鏈表;
如果找到元素就用新值替換舊值,并返回舊值;
如果沒找到就在鏈表頭部插入新元素;
HashMap就插入到鏈表尾部。
如果元素數量達到了擴容門檻,就把容量擴大到2倍大小;
HashMap中是大于threshold才擴容,這里等于threshold就開始擴容了。
resize(int newCapacity)方法擴容方法。
void resize(int newCapacity) { // 獲取舊桶,getTable()的時候會剔除失效的Entry Entry[] oldTable = getTable(); // 舊容量 int oldCapacity = oldTable.length; if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) { threshold = Integer.MAX_VALUE; return; } // 新桶 Entry [] newTable = newTable(newCapacity); // 把元素從舊桶轉移到新桶 transfer(oldTable, newTable); // 把新桶賦值桶變量 table = newTable; /* * If ignoring null elements and processing ref queue caused massive * shrinkage, then restore old table. This should be rare, but avoids * unbounded expansion of garbage-filled tables. */ // 如果元素個數大于擴容門檻的一半,則使用新桶和新容量,并計算新的擴容門檻 if (size >= threshold / 2) { threshold = (int)(newCapacity * loadFactor); } else { // 否則把元素再轉移回舊桶,還是使用舊桶 // 因為在transfer的時候會清除失效的Entry,所以元素個數可能沒有那么大了,就不需要擴容了 expungeStaleEntries(); transfer(newTable, oldTable); table = oldTable; } } private void transfer(Entry [] src, Entry [] dest) { // 遍歷舊桶 for (int j = 0; j < src.length; ++j) { Entry e = src[j]; src[j] = null; while (e != null) { Entry next = e.next; Object key = e.get(); // 如果key等于了null就清除,說明key被gc清理掉了,則把整個Entry清除 if (key == null) { e.next = null; // Help GC e.value = null; // " " size--; } else { // 否則就計算在新桶中的位置并把這個元素放在新桶對應鏈表的頭部 int i = indexFor(e.hash, dest.length); e.next = dest[i]; dest[i] = e; } e = next; } } }
判斷舊容量是否達到最大容量;
新建新桶并把元素全部轉移到新桶中;
如果轉移后元素個數不到擴容門檻的一半,則把元素再轉移回舊桶,繼續使用舊桶,說明不需要擴容;
否則使用新桶,并計算新的擴容門檻;
轉移元素的過程中會把key為null的元素清除掉,所以size會變小;
get(Object key)方法獲取元素。
public V get(Object key) { Object k = maskNull(key); // 計算hash int h = hash(k); Entry[] tab = getTable(); int index = indexFor(h, tab.length); Entry e = tab[index]; // 遍歷鏈表,找到了就返回 while (e != null) { if (e.hash == h && eq(k, e.get())) return e.value; e = e.next; } return null; }
計算hash值;
遍歷所在桶對應的鏈表;
如果找到了就返回元素的value值;
如果沒找到就返回空;
remove(Object key)方法移除元素
public V remove(Object key) { Object k = maskNull(key); // 計算hash int h = hash(k); Entry[] tab = getTable(); int i = indexFor(h, tab.length); // 元素所在的桶的第一個元素 Entry prev = tab[i]; Entry e = prev; // 遍歷鏈表 while (e != null) { Entry next = e.next; if (h == e.hash && eq(k, e.get())) { // 如果找到了就刪除元素 modCount++; size--; if (prev == e) // 如果是頭節點,就把頭節點指向下一個節點 tab[i] = next; else // 如果不是頭節點,刪除該節點 prev.next = next; return e.value; } prev = e; e = next; } return null; }
計算hash;
找到所在的桶;
遍歷桶對應的鏈表;
如果找到了就刪除該節點,并返回該節點的value值;
如果沒找到就返回null;
expungeStaleEntries()方法剔除失效的Entry。
private void expungeStaleEntries() { // 遍歷引用隊列 for (Object x; (x = queue.poll()) != null; ) { synchronized (queue) { @SuppressWarnings("unchecked") Entrye = (Entry ) x; int i = indexFor(e.hash, table.length); // 找到所在的桶 Entry prev = table[i]; Entry p = prev; // 遍歷鏈表 while (p != null) { Entry next = p.next; // 找到該元素 if (p == e) { // 刪除該元素 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; } } } }
當key失效的時候gc會自動把對應的Entry添加到這個引用隊列中;
所有對map的操作都會直接或間接地調用到這個方法先移除失效的Entry,比如getTable()、size()、resize();
這個方法的目的就是遍歷引用隊列,并把其中保存的Entry從map中移除掉,具體的過程請看類注釋;
從這里可以看到移除Entry的同時把value也一并置為null幫助gc清理元素,防御性編程。
使用例子package com.coolcoding.code; import java.util.Map; import java.util.WeakHashMap; public class WeakHashMapTest { public static void main(String[] args) { Mapmap = new WeakHashMap<>(3); // 放入3個new String()聲明的字符串 map.put(new String("1"), 1); map.put(new String("2"), 2); map.put(new String("3"), 3); // 放入不用new String()聲明的字符串 map.put("6", 6); // 使用key強引用"3"這個字符串 String key = null; for (String s : map.keySet()) { // 這個"3"和new String("3")不是一個引用 if (s.equals("3")) { key = s; } } // 輸出{6=6, 1=1, 2=2, 3=3},未gc所有key都可以打印出來 System.out.println(map); // gc一下 System.gc(); // 放一個new String()聲明的字符串 map.put(new String("4"), 4); // 輸出{4=4, 6=6, 3=3},gc后放入的值和強引用的key可以打印出來 System.out.println(map); // key與"3"的引用斷裂 key = null; // gc一下 System.gc(); // 輸出{6=6},gc后強引用的key可以打印出來 System.out.println(map); } }
在這里通過new String()聲明的變量才是弱引用,使用”6″這種聲明方式會一直存在于常量池中,不會被清理,所以”6″這個元素會一直在map里面,其它的元素隨著gc都會被清理掉。
總結WeakHashMap使用(數組 + 鏈表)存儲結構;
WeakHashMap中的key是弱引用,gc的時候會被清除;
每次對map的操作都會剔除失效key對應的Entry;
使用String作為key時,一定要使用new String()這樣的方式聲明key,才會失效,其它的基本類型的包裝類型是一樣的;
WeakHashMap常用來作為緩存使用;
強、軟、弱、虛引用總結強引用
使用最普遍的引用。如果一個對象具有強引用,它絕對不會被gc回收。如果內存空間不足了,gc寧愿拋出OutOfMemoryError,也不是會回收具有強引用的對象。
軟引用
如果一個對象只具有軟引用,則內存空間足夠時不會回收它,但內存空間不夠時就會回收這部分對象。只要這個具有軟引用對象沒有被回收,程序就可以正常使用。
弱引用
如果一個對象只具有弱引用,則不管內存空間夠不夠,當gc掃描到它時就會回收它。
虛引用
如果一個對象只具有虛引用,那么它就和沒有任何引用一樣,任何時候都可能被gc回收。
軟(弱、虛)引用必須和一個引用隊列(ReferenceQueue)一起使用,當gc回收這個軟(弱、虛)引用引用的對象時,會把這個軟(弱、虛)引用放到這個引用隊列中。
比如,上述的Entry是一個弱引用,它引用的對象是key,當key被回收時,Entry會被放到queue中。
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