概述

在这篇文章中，我们将探索 java.util 包中的WeakHashMap。

为了理解数据结构，我们将在这里使用它来推出一个简单的缓存实现。但是，请记住，这是为了了解地图的工作原理，并且创建自己的缓存实现几乎总是一个坏主意。

简而言之，WeakHashMap是Map接口的基于哈希表的实现，其键为WeakReference类型。

当WeakHashMap中的某个条目不再被普通使用时，该条目将被自动删除，这意味着没有单个Reference 指向该键。当垃圾回收(GC)进程丢弃某个键时，其条目将有效地从映射中删除，因此此类的行为与其他Map实现有所不同。

Strong, Soft, and Weak References

要了解WeakHashMap的工作原理，我们需要查看WeakReference类 -这是WeakHashMap实现中键的基本构造。在Java中，我们有三种主要的引用类型，我们将在以下各节中进行解释。

强引用

强引用是我们在日常编程中使用的最常见的引用类型：

Integer prime = 1; 变量prime具有对值为1 的Integer对象的强引用。任何具有指向其的强引用的对象均不适合使用GC。

弱引用

简而言之，只有在JVM绝对需要内存之前，才会对具有SoftReference 指向该对象的对象进行垃圾回收。

让我们看看如何在Java中创建SoftReference：

Integer prime = 1;

SoftReference soft = new SoftReference(prime);

prime = null;

该主要对象有指向它很强的借鉴意义。

接下来，我们将主要的强引用包装为软引用。将强引用设为null之后，素对象可以使用GC，但仅在JVM绝对需要内存时才收集该对象。

虚引用

仅弱引用所引用的对象会被紧急收集；在这种情况下，GC不会等到需要内存。

我们可以通过以下方式在Java中创建WeakReference：

Integer prime = 1;

WeakReference soft = new WeakReference(prime);

prime = null;

当我们将主要引用设为null时，主要对象将在下一个GC周期中被垃圾回收，因为没有其他强引用指向该对象。

WeakReference类型的引用在WeakHashMap中用作键。

WeakHashMap作为高效的内存缓存

假设我们要建立一个缓存，将大图像对象保留为值，并将图像名称保留为键。我们想选择一个合适的地图实现来解决该问题。

使用简单的HashMap将不是一个好的选择，因为值对象可能会占用大量内存。而且，即使它们不再在我们的应用程序中使用，它们也永远不会被GC进程从缓存中回收。

理想情况下，我们需要一个Map实现，该实现允许GC自动删除未使用的对象。当我们的应用程序中任何地方都没有使用大图像对象的键时，该条目将从内存中删除。

幸运的是，WeakHashMap具有这些特征。让我们测试一下WeakHashMap并观察其行为：

WeakHashMap map = new WeakHashMap<>();

BigImage bigImage = new BigImage("image_id");

UniqueImageName imageName = new UniqueImageName("name_of_big_image");

map.put(imageName, bigImage);

assertTrue(map.containsKey(imageName));

imageName = null;

System.gc();

await().atMost(10, TimeUnit.SECONDS).until(map::isEmpty);

我们正在创建一个WeakHashMap实例，该实例将存储我们的BigImage对象。我们将BigImage对象作为值，并将imageName对象引用作为键。的imageName将被存储在一个图作为WeakReference的类型。

接下来，我们将imageName引用设置为null，因此不再有指向bigImage对象的引用。WeakHashMap的默认行为是在下一个GC上回收没有引用的条目，因此该条目将在下一个GC进程中从内存中删除。

我们正在调用System.gc()来强制JVM触发GC进程。GC周期结束后，我们的WeakHashMap将为空：

WeakHashMap map = new WeakHashMap<>();

BigImage bigImageFirst = new BigImage("foo");

UniqueImageName imageNameFirst = new UniqueImageName("name_of_big_image");

BigImage bigImageSecond = new BigImage("foo_2");

UniqueImageName imageNameSecond = new UniqueImageName("name_of_big_image_2");

map.put(imageNameFirst, bigImageFirst);

map.put(imageNameSecond, bigImageSecond);

assertTrue(map.containsKey(imageNameFirst));

assertTrue(map.containsKey(imageNameSecond));

imageNameFirst = null;

System.gc();

await().atMost(10, TimeUnit.SECONDS)

.until(() -> map.size() == 1);

await().atMost(10, TimeUnit.SECONDS)

.until(() -> map.containsKey(imageNameSecond));

请注意，只有imageNameFirst引用设置为null。该imageNameSecond参考保持不变。触发GC后，映射将仅包含一个条目– imageNameSecond。