WeakHashMap 学习

一、什么是 WeakHashMap？

WeakHashMap<K, V>是 Java 标准库（java.util包）中的一种特殊Map实现。它的核心特性是：

键（Key）被包装为弱引用（WeakReference），当某个键对象不再被任何强引用持有时，即使它还在WeakHashMap中，也会在下一次垃圾回收（GC）时被自动移除。

这使得WeakHashMap成为一种自动清理的 Map，非常适合用于缓存或元数据映射等场景。

二、WeakHashMap 的基本使用

示例代码：观察自动清理行为

import java.util.WeakHashMap; public class WeakHashMapDemo { public static void main(String[] args) { WeakHashMap<Key, String> map = new WeakHashMap<>(); Key key = new Key("obj1"); map.put(key, "value1"); System.out.println("Before GC: " + map.size()); // 输出 1 key = null; // 移除唯一强引用 // 建议触发 GC（不保证立即执行） System.gc(); try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) {} // 调用 size() 会触发 expungeStaleEntries() System.out.println("After GC: " + map.size()); // 通常输出 0 } static class Key { private final String name; public Key(String name) { this.name = name; } @Override public String toString() { return name; } } }

⚠️ 注意：System.gc()只是建议 JVM 执行 GC，实际是否回收取决于 JVM 实现和运行时状态。但只要 GC 发生，且 key 无强引用，条目就会被清除。

三、适用场景（Where to Use）

✅ 推荐场景：

1. 对象元数据缓存（Metadata Cache）
   例如：为每个对象关联一个调试信息、监听器列表、临时配置等，但不希望这些元数据阻止对象被回收。

2. 避免内存泄漏的监听器注册表
   在事件驱动系统中，若监听器未显式注销，可能造成内存泄漏。使用WeakHashMap<Listener, ?>可让监听器在无其他引用时自动移除。

3. ClassLoader 或 Class 相关的缓存
   比如动态代理类、反射元数据缓存等，避免因缓存导致 ClassLoader 无法卸载。

❌ 不适合场景：

• 需要长期保留数据的缓存（如用户会话、热点数据）→ 应使用SoftReference（软引用）或成熟缓存框架（如 Caffeine、Guava Cache）。
• 键是基本类型包装类（如Integer,String）且来自常量池 → 因为它们可能被 JVM 强引用（如字符串字面量），导致无法回收。

四、WeakHashMap 的优缺点

补充：WeakHashMap不允许null作为 key，但允许null作为 value。

五、底层原理（How It Works）

1. 弱引用（WeakReference）

WeakHashMap内部使用WeakReference包装每个 key：

private static class Entry<K,V> extends WeakReference<Object> implements Map.Entry<K,V> { V value; // ... }

• 当 key 对象仅被WeakReference引用时，JVM 认为其“可回收”。
• GC 时，JVM 会将该WeakReference加入其关联的ReferenceQueue。

2. ReferenceQueue 机制

WeakHashMap构造时会创建一个ReferenceQueue：

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

• 当 key 被 GC 回收后，对应的Entry会被放入此队列。
• WeakHashMap在每次访问（get/put/size 等）时，会调用expungeStaleEntries()方法，遍历队列并删除已失效的条目。

这就是为什么map.size()在 GC 后返回 0 —— 因为size()触发了清理。

3. 清理不是实时的！

⚠️关键点：WeakHashMap不会在 GC 后立即清理，而是在下次调用其方法时才清理。因此：

• 如果长时间不访问 map，stale entries 会堆积（但不占用 key 对象内存，只占 Entry 对象内存）。
• 它不是“实时缓存”，而是“懒清理”。

六、与 JVM 的关系

WeakHashMap的行为高度依赖 JVM 的垃圾回收机制和引用类型语义：

因此，WeakHashMap的“自动清理”能力完全由 JVM 的 GC 决定，属于JVM 与 Java 语言协同设计的典型范例。

七、生产环境是否使用？如何使用？

✅生产环境可以使用，但需谨慎！

正确使用姿势：

1. 明确目的：仅用于“辅助性、可丢失”的元数据映射。
2. 避免依赖清理时机：不要假设条目何时消失。
3. 不要用于主业务数据存储。
4. 注意 key 的生命周期：确保 key 确实会变成“仅被 WeakHashMap 引用”。

生产级示例：监听器注册表（防内存泄漏）

import java.util.*; public class EventManager { // 使用 WeakHashMap 避免监听器泄漏 private final Map<Listener, Boolean> listeners = new WeakHashMap<>(); public void addListener(Listener listener) { listeners.put(listener, Boolean.TRUE); } public void fireEvent(String event) { // 清理 stale entries 并通知有效监听器 for (Listener l : new ArrayList<>(listeners.keySet())) { if (l != null) { l.onEvent(event); } } } interface Listener { void onEvent(String event); } }

即使调用方忘记removeListener，只要监听器对象无其他强引用，就会被自动清理。

八、替代方案对比

一般建议：除非明确需要弱引用语义，否则优先使用成熟缓存框架。

九、总结

💡一句话口诀：
“WeakHashMap 存的是‘影子’，主身一走，影子就散。”