Java弱引用與WeakHashMap

yangxi_001發表於2014-03-11
JavaHashMap
在《Effective Java 2nd Edition》中，第6條“消除過期的物件引用”提到，雖然Java有 垃圾回收機制，但是隻要是自己管理的記憶體，就應該警惕記憶體洩露的問題，例如的物件池、快取中的過期物件都有可能引發記憶體洩露的問題。書中還提到可以用 WeakHashMap來作為快取的容器可以有效解決這一問題。之前也確實遇到過類似問題，但是沒有接觸過“弱引用”相關的問題，於是查閱了一些資料。    《Java 理論與實踐： 用弱引用堵住記憶體洩漏》一文也指出了使用全域性的Map作為快取容器時發生的記憶體洩露問題，介紹瞭如何使用hprof工具來找出記憶體洩露，並分析瞭如何使用 弱引用來防止記憶體洩露，還分析了WeakHashMap的關鍵程式碼，非常有參考價值。但是這篇文章遺漏了幾個很重要的需要注意的地方，也缺少一段實驗代 碼，本文將會做出適當補充。
    1、四種引用
    從JDK1.2版本開始，把物件的引用分為四種級別，從而使程式能更加靈活的控制物件的生命週期。這四種級別由高到低依次為：強引用、軟引用、弱引用和虛引用。
    強引用：平時我們程式設計的時候例如：Object object=new Object（）；那object就是一個強引用了。如果一個物件具有強引用，那就類似於必不可少的生活用品，垃圾回收器絕不會回收它。當記憶體空 間不足，Java虛擬機器寧願丟擲OutOfMemoryError錯誤，使程式異常終止，也不會靠隨意回收具有強引用的物件來解決記憶體不足問題。
    軟引用（SoftReference）：如果一個物件只具有軟引用，那就類似於可有可物的生活用品。如果記憶體空間足夠，垃圾回收器就不會回收它，如果記憶體 空間不足了，就會回收這些物件的記憶體。只要垃圾回收器沒有回收它，該物件就可以被程式使用。軟引用可用來實現記憶體敏感的快取記憶體。 軟引用可以和一個引用佇列（ReferenceQueue）聯合使用，如果軟引用所引用的物件被垃圾回收，Java虛擬機器就會把這個軟引用加入到與之關聯 的引用佇列中。
    弱引用（WeakReference）：如果一個物件只具有弱引用，那就類似於可有可物的生活用品。弱引用與軟引用的區別在於：只具有弱引用的物件擁有更 短暫的生命週期。在垃圾回收器執行緒掃描它 所管轄的記憶體區域的過程中，一旦發現了只具有弱引用的物件，不管當前記憶體空間足夠與否，都會回收它的記憶體。不過，由於垃圾回收器是一個優先順序很低的執行緒， 因此不一定會很快發現那些只具有弱引用的物件。  弱引用可以和一個引用佇列（ReferenceQueue）聯合使用，如果弱引用所引用的物件被垃圾回收，Java虛擬機器就會把這個弱引用加入到與之關聯 的引用佇列中。
    虛引用（PhantomReference）：“虛引用”顧名思義，就是形同虛設，與其他幾種引用都不同，虛引用並不會決定物件的生命週期。如果一個物件 僅持有虛引用，那麼它就和沒有任何引用一樣，在任何時候都可能被垃圾回收。 虛引用主要用來跟蹤物件被垃圾回收的活動。虛引用與軟引用和弱引用的一個區別在於：虛引用必須和引用佇列 （ReferenceQueue）聯合使用。當垃圾回收器準備回收一個物件時，如果發現它還有虛引用，就會在回收物件的記憶體之前，把這個虛引用加入到與之 關聯的引用佇列中。程式可以通過判斷引用佇列中是否已經加入了虛引用，來了解被引用的物件是否將要被垃圾回收。程式如果發現某個虛引用已經被加入到引用隊 列，那麼就可以在所引用的物件的記憶體被回收之前採取必要的行動。
    2、WeakHashMap原始碼分析
    WeakHashMap維護了一個ReferenceQueue，儲存了所有存在引用的Key物件。
    private final ReferenceQueue<K> queue = new ReferenceQueue<K>（）；
    WeakHashMap.Entry<K,V>中並沒有儲存Key，只是將Key與ReferenceQueue關聯上了。
    private static class Entry<K,V> extends WeakReference<K> implements Map.Entry<K,V> {
    private V value;
    private final int hash;
    private Entry<K,V> next;
    Entry（K key, V value, ReferenceQueue<K> queue, int hash, Entry<K,V> next） {
    super（key, queue）；
    this.value = value;
    this.hash  = hash;
    this.next  = next;
    }
    ……
    }
    WeakHashMap中有一個私有的expungeStaleEntries（）方法，會在大部分共有方法中被呼叫。這個方法會將ReferenceQueue中所有失效的引用從Map中去除。
    private void expungeStaleEntries（） {
    Entry<K,V> e;
    while （ （e = （Entry<K,V>） queue.poll（）） != null） {
    int h = e.hash;
    int i = indexFor（h, table.length）；
    Entry<K,V> prev = table[i];
    Entry<K,V> p = prev;
    while （p != null） {
    Entry<K,V> next = p.next;
    if （p == e） {
    if （prev == e）
    table[i] = next;
    else
    prev.next = next;
    e.next = null;  // Help GC
    e.value = null; //  "   "
    size--;
    break;
    }
    prev = p;
    p = next;
    }
    }
    }
    3、幾個需要注意的地方
    WeakHashMap的Key是弱引用，Value不是。
    WeakHashMap不會自動釋放失效的弱引用，僅當包含了expungeStaleEntries（）的共有方法被呼叫的時候才會釋放。
    4、一個簡單的例子
    public static void main（String args[]） {
    WeakHashMap<String, String> map = new WeakHashMap<String, String>（）；
    map.put（new String（"1"）， "1"）；
    map.put（"2", "2"）；
    String s = new String（"3"）；
    map.put（s, "3"）；
    while （map.size（） > 0） {
    try {
    Thread.sleep（500）；
    } catch （InterruptedException ignored） {
    }
    System.out.println（"Map Size:"+map.size（））；
    System.out.println（map.get（"1"））；
    System.out.println（map.get（"2"））；
    System.out.println（map.get（"3"））；
    System.gc（）；
    }
    }
    執行結果是：
    Map Size:3
    1
    2
    3
    Map Size:2
    null
    2
    3
    Map Size:2
    null
    2
    3
    （一直迴圈）
    要注意String的特殊性，“2”是被放在常量池中的，所以沒有被回收。

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