WeakHashMap源码分析

WeakHashMap与HashMap有些类似,但也有很多地方不同。它们设置了相同的负载因子和初始容量,但是前者的数据结构只使用了数组+链表,并没有用到红黑树,

在这里,与HashMap重复且设置值一致的变量就不重复介绍了,只简单说下不同的地方。

代表空Key

private static final Object NULL_KEY = new Object();

保存GC后被清除的WeakEntries

private final ReferenceQueue\<Object\> queue = new ReferenceQueue\<\>();

Entry: 数组存放节点

private static class Entry<K,V> extends WeakReference<Object> implements Map.Entry<K,V> {
        V value;
        final int hash;
        Entry<K,V> next;
        
        Entry(Object key, V value,
              ReferenceQueue<Object> queue,
              int hash, Entry<K,V> next) {
            super(key, queue);
            this.value = value;
            this.hash  = hash;
            this.next  = next;
        }

我们可以发现Entry继承了WeakReference,在其构造函数中,会创建一个新的弱引用指向给定的key。

WeakHashMap构造函数

public WeakHashMap(int initialCapacity, float loadFactor) {
        // 部分代码删除
        int capacity = 1;
        while (capacity < initialCapacity)
            capacity <<= 1;
        table = newTable(capacity);
        this.loadFactor = loadFactor;
        threshold = (int)(capacity * loadFactor);
    }

在构造函数中,它会将数组容量大小设置为输入值的最接近的2的n次方;并调用newTable初始化数组。

接下来来分析几个重要的方法。

Put()方法

public V put(K key, V value) {
        // 当Key为null时会返回一个名字为NULL_KEY的Object对象,表明Key支持Null
        Object k = maskNull(key);
        int h = hash(k);
        // 将过期的Entry删除掉
        Entry<K,V>[] tab = getTable();
        // 获取桶的位置
        int i = indexFor(h, tab.length);
        for (Entry<K,V> e = tab[i]; e != null; e = e.next) {
            if (h == e.hash && eq(k, e.get())) {
                V oldValue = e.value;
                if (value != oldValue)
                    e.value = value;
                return oldValue;
            }
        }

        modCount++;
        // 头插法插入节点
        Entry<K,V> e = tab[i];
        tab[i] = new Entry<>(k, value, queue, h, e);
        // 插入后大于等于阈值,进行扩容
        if (++size >= threshold)
            resize(tab.length * 2);
        return null;
    }

expungeStaleEntries()方法

在调用get()replaceAll()containsNullValue()forEach()removeMapping()remove()resize()put()等方式时再获取table数组时,不是直接返回table数组,而是通过getTable方法先把数组中key为null的Entry删除掉,再返回。

private Entry<K,V>[] getTable() {
        expungeStaleEntries();
        return table;
    }
private void expungeStaleEntries() {
        // 从ReferenceQueue中取出过期的节点
        for (Object x; (x = queue.poll()) != null; ) {
            // 锁住ReferenceQueue
            synchronized (queue) {
                @SuppressWarnings("unchecked")
                    Entry<K,V> e = (Entry<K,V>) x;
                    
                // 为了方面,插入indexFor的代码
                /**
                * private static int indexFor(int h, int length) {
        return h & (length-1);
    }
                **/
                int i = indexFor(e.hash, 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) {
                        // 如果数组头节点过期了
                        if (prev == e)
                            table[i] = next;
                        // 将前驱节点的next指向它的下一个节点,即把该节点从链表中去除
                        else
                            prev.next = next;
                        // 将该节点的value设置为null,帮助gc
                        e.value = null; // Help GC
                        size--;
                        break;
                    }
                    prev = p;
                    p = next;
                }
            }
        }
    }

Resize()扩容

在扩容前,先删除过期的Entry,然后新建一个容量是原来2倍的数组;之后调用transfer方法进行扩容。如果扩容后size大小大于等于阈值的一半,则更新阈值;如果小于阈值的一半,则再调用一次expungeStaleEntries方法,再从新表转化到原来的旧表中。

void resize(int newCapacity) {
        // 在扩容前先删除过期的Entry
        Entry<K,V>[] oldTable = getTable();
        int oldCapacity = oldTable.length;
        if (oldCapacity == MAXIMUM_CAPACITY) {
            threshold = Integer.MAX_VALUE;
            return;
        }
        // 扩容为原来的2倍
        Entry<K,V>[] newTable = newTable(newCapacity);
        transfer(oldTable, newTable);
        table = newTable;
        // 如果忽略null元素并处理ref队列导致大量收缩,则还原旧表
        // 这应该很少见,但是可以避免垃圾填表的无限扩展。
        if (size >= threshold / 2) {
            threshold = (int)(newCapacity * loadFactor);
        } else {
            expungeStaleEntries();
            transfer(newTable, oldTable);
            table = oldTable;
        }
    }

transfer()方法

遍历旧数组,如果key为null,则设置其Entry的next和value都为null,帮助gc;如果不为null,则计算该Entry在新数组中的位置,利用头插法进行插入。

private void transfer(Entry<K,V>[] src, Entry<K,V>[] dest) {
        for (int j = 0; j < src.length; ++j) {
            Entry<K,V> e = src[j];
            src[j] = null;
            while (e != null) {
                Entry<K,V> next = e.next;
                Object key = e.get();
                if (key == null) {
                    e.next = null;  // Help GC
                    e.value = null; //  "   "
                    size--;
                } else {
                    int i = indexFor(e.hash, dest.length);
                    e.next = dest[i];
                    dest[i] = e;
                }
                e = next;
            }
        }
    }
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