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Java弱引用与WeakHashMap


 

在《Effective Java 2nd Edition》中,第6条“消除过期的对象引用”提到,虽然Java有垃圾回收机制,但是只要是自己管理的内存,就应该警惕内存泄露的问题,例如的对象池、缓存中的过期对象都有可能引发内存泄露的问题。书中还提到可以用WeakHashMap来作为缓存的容器可以有效解决这一问题。之前也确实遇到过类似问题,但是没有接触过“弱引用”相关的问题,于是查阅了一些资料。

    《Java 理论与实践: 用弱引用堵住内存泄漏》一文也指出了使用全局的Map作为缓存容器时发生的内存泄露问题,介绍了如何使用hprof工具来找出内存泄露,并分析了如何使用弱引用来防止内存泄露,还分析了WeakHashMap的关键代码,非常有参考价值。但是这篇文章遗漏了几个很重要的需要注意的地方,也缺少一段实验代码,本文将会做出适当补充。

    1、四种引用

    从JDK1.2版本开始,把对象的引用分为四种级别,从而使程序能更加灵活的控制对象的生命周期。这四种级别由高到低依次为:强引用、软引用、弱引用和虚引用。

    强引用:平时我们编程的时候例如:Object object=new Object();那object就是一个强引用了。如果一个对象具有强引用,那就类似于必不可少的生活用品,垃圾回收器绝不会回收它。当内存空 间不足,Java虚拟机宁愿抛出OutOfMemoryError错误,使程序异常终止,也不会靠随意回收具有强引用的对象来解决内存不足问题。

    软引用(SoftReference):如果一个对象只具有软引用,那就类似于可有可物的生活用品。如果内存空间足够,垃圾回收器就不会回收它,如果内存空间不足了,就会回收这些对象的内存。只要垃圾回收器没有回收它,该对象就可以被程序使用。软引用可用来实现内存敏感的高速缓存。 软引用可以和一个引用队列(ReferenceQueue)联合使用,如果软引用所引用的对象被垃圾回收,Java虚拟机就会把这个软引用加入到与之关联的引用队列中。

    弱引用(WeakReference):如果一个对象只具有弱引用,那就类似于可有可物的生活用品。弱引用与软引用的区别在于:只具有弱引用的对象拥有更短暂的生命周期。在垃圾回收器线程扫描它 所管辖的内存区域的过程中,一旦发现了只具有弱引用的对象,不管当前内存空间足够与否,都会回收它的内存。不过,由于垃圾回收器是一个优先级很低的线程, 因此不一定会很快发现那些只具有弱引用的对象。  弱引用可以和一个引用队列(ReferenceQueue)联合使用,如果弱引用所引用的对象被垃圾回收,Java虚拟机就会把这个弱引用加入到与之关联的引用队列中。

    虚引用(PhantomReference):“虚引用”顾名思义,就是形同虚设,与其他几种引用都不同,虚引用并不会决定对象的生命周期。如果一个对象仅持有虚引用,那么它就和没有任何引用一样,在任何时候都可能被垃圾回收。 虚引用主要用来跟踪对象被垃圾回收的活动。虚引用与软引用和弱引用的一个区别在于:虚引用必须和引用队列 (ReferenceQueue)联合使用。当垃圾回收器准备回收一个对象时,如果发现它还有虚引用,就会在回收对象的内存之前,把这个虚引用加入到与之 关联的引用队列中。程序可以通过判断引用队列中是否已经加入了虚引用,来了解被引用的对象是否将要被垃圾回收。程序如果发现某个虚引用已经被加入到引用队列,那么就可以在所引用的对象的内存被回收之前采取必要的行动。

    2、WeakHashMap源码分析

    WeakHashMap维护了一个ReferenceQueue,保存了所有存在引用的Key对象。

    private final ReferenceQueue<K> queue = new ReferenceQueue<K>();

    WeakHashMap.Entry<K,V>中并没有保存Key,只是将Key与ReferenceQueue关联上了。

    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中有一个私有的expungeStaleEntries()方法,会在大部分共有方法中被调用。这个方法会将ReferenceQueue中所有失效的引用从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、几个需要注意的地方

    WeakHashMap的Key是弱引用,Value不是。

    WeakHashMap不会自动释放失效的弱引用,仅当包含了expungeStaleEntries()的共有方法被调用的时候才会释放。

    4、一个简单的例子

    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();

    }

    }

    运行结果是:

    Map Size:3

    1

    2

    3

    Map Size:2

    null

    2

    3

    Map Size:2

    null

    2

    3

    (一直循环)

    要注意String的特殊性,“2”是被放在常量池中的,所以没有被回收。