哈喽，各位小伙伴们，你们好呀，我是喵手。
今天我要给大家分享一些自己日常学习到的一些知识点，并以文字的形式跟大家一起交流，互相学习，一个人虽可以走的更快，但一群人可以走的更远。
我是一名后端开发爱好者，工作日常接触到最多的就是Java语言啦，所以我都尽量抽业余时间把自己所学到所会的，通过文章的形式进行输出，希望以这种方式帮助到更多的初学者或者想入门的小伙伴们，同时也能对自己的技术进行沉淀，加以复盘，查缺补漏。
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如下是Java集合体系架构图，近期几期内容都是围绕该体系进行知识讲解，以便于同学们学习Java集合篇知识能够系统化而不零散。
在这里插入图片描述前言
在Java开发中，我们经常需要使用Map来存储数据，而Java中提供的Map接口有多个实现类，如HashMap、TreeMap、LinkedHashMap等等。其中，WeakHashMap是一种特殊的实现类，它提供了一种可以自动回收key所占用的内存的机制。本文将介绍WeakHashMap的详细内容，并分析其应用场景、优缺点以及类代码方法介绍等。
摘要
本文将介绍Java中的WeakHashMap，包括其定义、特点、源代码解析、应用场景案例、优缺点分析、类代码方法介绍、测试用例以及全文小结。
WeakHashMap
简介
在Java中，WeakHashMap是一种继承自AbstractMap类，实现了Map接口的类。它与HashMap类似，也是一种散列表数据结构，但是它的key是弱引用类型，即如果一个key不再被其他对象所引用，那么这个key所对应的键值对就会被自动移除。因此WeakHashMap可以自动回收不再需要的key所占用的内存，从而避免内存泄漏的问题。
WeakHashMap是线程不安全的，因此通常需要使用Collections.synchronizedMap方法将其封装成线程安全的Map。
源代码解析
WeakHashMap的源代码非常复杂，这里只介绍其中的几个核心方法：
put方法
代码语言：java复制public V put(K key, V value) {
Objects.requireNonNull(key, "key == null");
Objects.requireNonNull(value, "value == null");
expungeStaleEntries();
int hash = hash(key.hashCode());
Entry<K,V>[] tab = table;
int index = (tab.length - 1) & hash;
for (Entry<K,V> e = tab[index]; e != null; e = e.next) {
if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {
V old = e.value;
e.value = value;
e.recordAccess(this);
return old;
}
}
modCount ;
if (size >= threshold)
resize(tab.length * 2);
createEntry(hash, key, value, index);
return null;
}put方法用于向WeakHashMap中添加一个键值对。首先，该方法会对key和value进行判空，然后调用expungeStaleEntries方法清除已经过时的键值对。接着，计算出key的哈希值，并根据该哈希值决定将该键值对存储到哪个桶中。如果该桶中已经存在一个与key相同的键值对，那么更新该键值对的value并返回旧的value；否则，将该键值对添加到桶中，并返回null。
在这里插入图片描述expungeStaleEntries方法
代码语言：java复制private void expungeStaleEntries() {
for (Object x; (x = queue.poll()) != null; ) {
synchronized (queue) {
@SuppressWarnings("unchecked")
Entry<K,V> e = (Entry<K,V>) x;
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) {
if (prev == e)
table[i] = next;
else
prev.next = next;
// Must null out stale entries to prevent
// interference with full GCs that occur during
// concurrent execution of the remapping methods.
e.value = null; // Help GC
size--;
break;
}
prev = p;
p = next;
}
}
}
}expungeStaleEntries方法用于清除已经过时的键值对。如果一个key不再被其他对象所引用，那么这个key所对应的键值对就会被添加到一个队列中。在每次添加新的键值对或者取出键值对时，该方法都会被调用一次，以清除已经过时的键值对。该方法会从队列中取出所有已经过时的键值对，并遍历哈希表中的所有桶，找到并清除所有的过时键值对。
在这里插入图片描述get方法
代码语言：java复制public V get(Object key) {
Object k = maskNull(key);
int h = hash(k);
Entry<K,V>[] tab = getTable();
int index = indexFor(h, tab.length);
Entry<K,V> e = tab[index];
while (e != null) {
if (e.hash == h && eq(k, e.get())) {
V result = e.value;
if (result != null)
e.recordAccess(this);
return result;
}
e = e.next;
}
return null;
}get方法用于根据key获取value。首先，该方法会将key进行判空，并计算出其哈希值。接着，根据哈希值找到该键值对所在的桶，并遍历该桶中的所有键值对，找到与key相同的键值对，返回其value；若没有找到，则返回null。
在这里插入图片描述应用场景案例
WeakHashMap通常用于需要动态管理大量对象的应用中，可以避免因程序中某些对象不再需要而造成的内存泄漏问题。以下是一些使用WeakHashMap的应用场景：
- 缓存系统：可以使用WeakHashMap作为缓存的实现，这样在缓存中存储的键值对会在key不再被其他对象所引用时自动被移除，避免浪费内存；
- 生命周期管理：对于一些需要动态管理生命周期的对象，如数据库连接、线程池等，可以使用WeakHashMap来保存这些对象，避免因为忘记关闭连接或者资源而造成的内存泄漏问题；
- 监听器管理：在一些应用中，需要使用监听器来处理事件，这些监听器往往会注册到某些对象中去。如果不在需要时将这些监听器移除，就会造成内存泄漏。可以使用WeakHashMap来存储这些对象和其对应的监听器。当这些对象不再被其他对象所引用时，对应的监听器就会被自动移除。
优缺点分析
优点
- 可以避免内存泄漏问题：WeakHashMap使用弱引用保存key，当一个key不再被其他对象所引用时，对应的键值对会被自动移除，从而避免了内存泄漏问题；
- 在动态管理大量对象时具有很好的性能：由于WeakHashMap自动回收已经失效的键值对，因此可以避免内存占用过多的问题，从而提高应用的性能；
- 适用于一些需要动态管理对象的应用：如缓存系统、生命周期管理、监听器管理等。
缺点
- 线程不安全：WeakHashMap是线程不安全的，因此在多线程环境下需要使用
Collections.synchronizedMap方法将其封装成线程安全的Map； - 由于需要频繁回收已经失效的键值对，因此在性能上会比HashMap略差一些。
类代码方法介绍
以下是WeakHashMap类的部分方法介绍：
void clear()：用于清除WeakHashMap中所有的键值对；boolean containsKey(Object key)：用于判断WeakHashMap是否包含指定的key；- boolean containsValue(Object value)：用于判断WeakHashMap是否包含指定的value；
- Set<Entry<K, V>> entrySet()：返回WeakHashMap中所有键值对的Set视图；
- boolean equals(Object o)：用于判断WeakHashMap是否与给定的对象相等；
- V get(Object key)：根据key获取value；
- int hashCode()：返回WeakHashMap的哈希码；
- boolean isEmpty()：判断WeakHashMap是否为空；
- Set<K> keySet()：返回WeakHashMap中所有key的Set视图；
- V put(K key, V value)：将指定的key-value键值对放入WeakHashMap中；
- void putAll(Map<? extends K,? extends V> m)：将m中所有的键值对放入WeakHashMap中；
- V remove(Object key)：根据key移除WeakHashMap中对应的键值对；
- int size()：返回WeakHashMap中键值对的数量；
- Collection<V> values()：返回WeakHashMap中所有value的Collection视图；
- Object clone()：返回WeakHashMap的副本；
- boolean remove(Object key, Object value)：移除指定key-value键值对；
- boolean replace(K key, V oldValue, V newValue)：替换指定key对应的value；
- V replace(K key, V value)：替换指定key对应的value。
测试用例
以下是针对WeakHashMap的简单测试用例：
测试代码演示
代码语言：java复制package com.example.javase.collection;
import java.util.Map;
import java.util.WeakHashMap;
/**
* @author ms
* @date 2023/10/25 16:26
*/
public class WeakHashMapTest {
public static void main(String[] args) {
Map<Number, String> map = new WeakHashMap<>();
Integer key1 = new Integer(1);
Float key2 = new Float(2.0f);
Double key3 = new Double(3.0);
map.put(key1, "value1");
map.put(key2, "value2");
map.put(key3, "value3");
System.out.println("Before GC: " map);
key1 = null;
key2 = null;
key3 = null;
System.gc();
System.out.println("After GC: " map);
}
} 在该测试用例中，我们创建了一个WeakHashMap，并向其中添加三个键值对。随后，将key1、key2、key3设置为null，并调用System.gc()方法进行垃圾回收。由于三个key均不再被其他对象所引用，因此这三个键值对会被自动移除。最后我们打印出WeakHashMap中剩余的键值对，可以看到只有一个键值对还存在。
测试结果
根据如上测试用例，本地测试结果如下，仅供参考，你们也可以自行修改测试用例或者添加更多的测试数据或测试方法，进行熟练学习以此加深理解。
在这里插入图片描述测试代码分析
根据如上测试用例，在此我给大家进行深入详细的解读一下测试代码，以便于更多的同学能够理解并加深印象。
如上测试用例主要测试了Java中的WeakHashMap的特性。在代码中，首先创建了一个WeakHashMap实例，并在其中使用Integer、Float和Double类型的键值对进行了填充。然后输出了填充前的Map内容。接着将Integer、Float和Double类型的键设置为null，以便让它们成为垃圾对象，在执行完这一步操作后，调用Java的垃圾回收器进行垃圾回收，并输出了回收后的Map内容。
WeakHashMap的一个重要特性是，当其键被设置为null或成为垃圾对象后，该键值对将自动从Map中删除。因此，当执行完key1 = null，key2 = null和key3 = null之后，这三个键值对将变成无法访问的垃圾对象，并在下一次垃圾回收器执行时被清除。
因此，当进行垃圾回收后，输出的Map内容将不再包含这三个键值对，也就是只剩下一个空的Map。
全文小结
本文介绍了Java中的WeakHashMap，包括其定义、特点、源代码解析、应用场景案例、优缺点分析、类代码方法介绍以及测试用例等。WeakHashMap是一种可以自动回收key所占用的内存的数据结构，在一些需要动态管理大量对象的应用中具有很好的性能表现。但是由于其线程不安全，需要进行额外的线程安全处理。
总结
本文介绍了Java中的WeakHashMap，它是一种能够自动回收不再需要的key所占用的内存的数据结构。我们通过源代码解析、应用场景案例、优缺点分析、类代码方法介绍以及测试用例等方面详细介绍了WeakHashMap的定义、特点和使用方法。需要注意的是，WeakHashMap是线程不安全的，因此在多线程环境下需要进行额外的线程安全处理。强烈建议在合适的场景使用WeakHashMap来避免内存泄漏问题和提高应用的性能。
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文末
好啦，以上就是我这期的全部内容，如果有任何疑问，欢迎下方留言哦，咱们下期见。
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学习不分先后，知识不分多少；事无巨细，当以虚心求教；三人行，必有我师焉！！！
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