當弱引用物件成為集合元素時

技術小美發表於2017-11-09
物件

當我們在系統用到某些佔用記憶體較多的大物件，且該物件並不會被頻繁使用（例如快取場景）時，若考慮效能因素，或許我們可以選擇使用弱引用（WeakReference）物件。弱引用物件就像是物件之中的“無間行者”，行走於“活動”與“非活動”狀態之間。即使該物件存在引用，垃圾回收器仍然可以對其進行回收，這使得我們對該物件的呼叫始終存在一種不可預知性，除非我們通過Target屬性賦給物件，以建立強引用，否則我們始終處於這種憂慮之中。這讓我們常常感到左右為難，但在一些追求效能的場景下，使用弱引用未嘗不是明智的選擇。只要我們遵循一定的原則，例如在每次呼叫弱引用物件時，首先判斷其是否為null，就不會存在太大的問題（如果考慮併發，則需要lock，通常需要做兩次對null的判斷，就如在Singleton模式中對併發支援的實現一樣）。然而，當我們在一個集合物件中儲存弱引用物件時，問題就出現了意想不到的變化。

首先是對集合Count屬性的判斷。如果一個集合物件在某個時刻儲存了10個弱引用物件，當我們呼叫該集合的Count屬性時，返回的值應該是多少？很顯然，我們不能做預先的判斷。事實上，因為弱引用物件的存在，一個本身執行緒安全的呼叫卻出現了併發問題。因為在呼叫Count屬性期間，GC正有可能回收集合中的某些元素物件。

其次是對迭代器的支援。我們知道，在對IEnumerable進行Foreach遍歷時，不允許我們Add或Remove集合的元素，否則遍歷就會失敗。如果沒有弱引用物件，一切都是美好的。但在我們遍歷儲存了弱引用物件的集合時，GC就會像幽靈一般，不知什麼時候鑽出來搗亂，改變集合元素的個數。很顯然，這樣的集合對迭代器的支援是不安全的。

實質上，這兩個問題的本源是相同的，起因就是弱引用的特殊性。如何解決這個問題？一個簡單辦法是定義自己的弱引用集合，對集合物件進行一個簡單的Wrapper，同時隱藏Count屬性，以及其對IEnumerable的支援。例如，定義一個弱引用列表：

public sealed class WeakReferenceList<T>
{

    private List<WeakReference> m_list;


    public void Add(T object)

    {       

        //這裡使用短弱引用，一般不建議使用長弱引用；

        m_list.Add(new WeakReference(object));

    }

    //其它成員
}

WeakReferenceList類並沒有提供GetEnumerator()方法的必要，原因如前所述。至於Count屬性，我們是否可以通過查詢條件，以過濾那些值為null的物件呢？例如：

public int Count
{

    get

    {

        return m_list.Count(e => e.IsAlive);

    }
}

表面看來這是可行的，可是彼時返回的值，在使用該值的時候未必正確，即使對其進行lock，也無法保證其正確性。與其如此，還不如不提供Count屬性。

剩下一個問題是如何獲得WeakReferenceList的元素？我們需要為其實現特有的索引器。例如：

public T this[int index]
{

    get

    {

        //這裡仍然使用了Count屬性（這說明我們可以定義一個私有屬性Count）

        if (index < 0 || index >= this.Count) 

        {

            throw new IndexOutOfRangeException();          

        }

        else

         {

            if (m_list[index].Target != null)

            {

                return (T)m_list[index].Target;

            }

            else

            {

                throw new Exception(“The object is collected by GC.”)

            }

        }

    }
}
private int Count
{

    get

    {

        return m_list.Count(e => e.IsAlive);

    }
}

更好地管理弱引用物件的集合是HashTable，這也是快取的一種好的儲存機制。關於HashTable對弱引用物件的應用，請參見Jared Parsons的文章Building a WeakReference Hashtable。實際上，本文正是借鑑了該文的思想。

本文轉自wayfarer51CTO部落格，原文連結：http://blog.51cto.com/wayfarer/280097，如需轉載請自行聯絡原作者


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