Java WeakHashMap 到底Weak在哪里，它真的很弱嗎？WeakHashMap 的適用場(chǎng)景是什么，使用時(shí)需要注意些什么？弱引用和強(qiáng)引用對(duì)Java GC有什么不同影響？本文將給出清晰而簡(jiǎn)潔的介紹。

總體介紹

在Java集合框架系列文章的最后，筆者打算介紹一個(gè)特殊的成員：WeakHashMap，從名字可以看出它是某種 Map。它的特殊之處在于 WeakHashMap 里的entry可能會(huì)被GC自動(dòng)刪除，即使程序員沒(méi)有調(diào)用remove()或者clear()方法。

更直觀的說(shuō)，當(dāng)使用 WeakHashMap 時(shí)，即使沒(méi)有顯示的添加或刪除任何元素，也可能發(fā)生如下情況：

• 調(diào)用兩次size()方法返回不同的值；
• 兩次調(diào)用isEmpty()方法，第一次返回false，第二次返回true；
• 兩次調(diào)用containsKey()方法，第一次返回true，第二次返回false，盡管兩次使用的是同一個(gè)key；
• 兩次調(diào)用get()方法，第一次返回一個(gè)value，第二次返回null，盡管兩次使用的是同一個(gè)對(duì)象。

遇到這么奇葩的現(xiàn)象，你是不是覺(jué)得使用者一定會(huì)瘋掉？其實(shí)不然，WeekHashMap 的這個(gè)特點(diǎn)特別適用于需要緩存的場(chǎng)景。在緩存場(chǎng)景下，由于內(nèi)存是有限的，不能緩存所有對(duì)象；對(duì)象緩存命中可以提高系統(tǒng)效率，但緩存MISS也不會(huì)造成錯(cuò)誤，因?yàn)榭梢酝ㄟ^(guò)計(jì)算重新得到。

要明白 WeekHashMap 的工作原理，還需要引入一個(gè)概念：弱引用（WeakReference）。我們都知道Java中內(nèi)存是通過(guò)GC自動(dòng)管理的，GC會(huì)在程序運(yùn)行過(guò)程中自動(dòng)判斷哪些對(duì)象是可以被回收的，并在合適的時(shí)機(jī)進(jìn)行內(nèi)存釋放。GC判斷某個(gè)對(duì)象是否可被回收的依據(jù)是，是否有有效的引用指向該對(duì)象。如果沒(méi)有有效引用指向該對(duì)象（基本意味著不存在訪問(wèn)該對(duì)象的方式），那么該對(duì)象就是可回收的。這里的“有效引用”并不包括弱引用。也就是說(shuō)，雖然弱引用可以用來(lái)訪問(wèn)對(duì)象，但進(jìn)行垃圾回收時(shí)弱引用并不會(huì)被考慮在內(nèi)，僅有弱引用指向的對(duì)象仍然會(huì)被GC回收。

WeakHashMap 內(nèi)部是通過(guò)弱引用來(lái)管理entry的，弱引用的特性對(duì)應(yīng)到 WeakHashMap 上意味著什么呢？將一對(duì)key, value放入到 WeakHashMap 里并不能避免該key值被GC回收，除非在 WeakHashMap 之外還有對(duì)該key的強(qiáng)引用。

關(guān)于強(qiáng)引用，弱引用等概念以后再具體講解，這里只需要知道Java中引用也是分種類(lèi)的，并且不同種類(lèi)的引用對(duì)GC的影響不同就夠了。

具體實(shí)現(xiàn)

WeakHashMap的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)類(lèi)似于HashMap，讀者可自行參考前文，這里不再贅述。

關(guān)于強(qiáng)弱引用的管理方式，博主將會(huì)另開(kāi)專(zhuān)題單獨(dú)講解。

Weak HashSet?

如果你看過(guò)前幾篇關(guān)于 Map 和 Set 的講解，一定會(huì)問(wèn)：既然有 WeekHashMap，是否有 WeekHashSet 呢？答案是沒(méi)有:( 。不過(guò)Java Collections工具類(lèi)給出了解決方案，Collections.newSetFromMap(Map<E,Boolean> map)方法可以將任何 Map包裝成一個(gè)Set。通過(guò)如下方式可以快速得到一個(gè) Weak HashSet：

不出你所料，newSetFromMap()方法只是對(duì)傳入的 Map做了簡(jiǎn)單包裝：

// Collections.newSetFromMap()用于將任何Map包裝成一個(gè)Set
public static <E> Set<E> newSetFromMap(Map<E, Boolean> map) {
    return new SetFromMap<>(map);
}

private static class SetFromMap<E> extends AbstractSet<E>
    implements Set<E>, Serializable
{
    private final Map<E, Boolean> m;  // The backing map
    private transient Set<E> s;       // Its keySet
    SetFromMap(Map<E, Boolean> map) {
        if (!map.isEmpty())
            throw new IllegalArgumentException("Map is non-empty");
        m = map;
        s = map.keySet();
    }
    public void clear()               {        m.clear(); }
    public int size()                 { return m.size(); }
    public boolean isEmpty()          { return m.isEmpty(); }
    public boolean contains(Object o) { return m.containsKey(o); }
    public boolean remove(Object o)   { return m.remove(o) != null; }
    public boolean add(E e) { return m.put(e, Boolean.TRUE) == null; }
    public Iterator<E> iterator()     { return s.iterator(); }
    public Object[] toArray()         { return s.toArray(); }
    public <T> T[] toArray(T[] a)     { return s.toArray(a); }
    public String toString()          { return s.toString(); }
    public int hashCode()             { return s.hashCode(); }
    public boolean equals(Object o)   { return o == this || s.equals(o); }
    public boolean containsAll(Collection<?> c) {return s.containsAll(c);}
    public boolean removeAll(Collection<?> c)   {return s.removeAll(c);}
    public boolean retainAll(Collection<?> c)   {return s.retainAll(c);}
    // addAll is the only inherited implementation
    
}

結(jié)語(yǔ)

至此深入Java集合框架(Java Collections Framework Internals)系列已經(jīng)全部講解完畢，希望這幾篇簡(jiǎn)短的博文能夠幫助各位讀者對(duì)Java容器框架建立基本的理解。通過(guò)這里可以返回本系列文章目錄。

如果對(duì)各位有哪怕些微的幫助，博主將感到非常高興！如果博文中有任何的紕漏和謬誤，歡迎各位博友指正。

本文GitHub地址