问题

10. WeakHashMap 与 HashMap 的区别是什么？适用于哪些场景？

标准答案

WeakHashMap 与 HashMap 的主要区别在于：

1. WeakHashMap 使用 WeakReference 弱引用存储键，当 GC 发现没有其他强引用指向 key 时，会自动回收对应的 entry；
2. HashMap 使用强引用存储 key，即使没有外部引用，也不会自动回收，只有 remove() 或扩容时才会删除无用的 entry。
   WeakHashMap 适用于缓存、元数据存储等场景，例如 存储短生命周期对象的临时映射，避免内存泄漏。

答案解析

1. WeakHashMap 的数据结构

WeakHashMap 继承自 AbstractMap，底层采用 数组 + 链地址法 存储 Entry，与 HashMap 结构类似，但键采用 WeakReference 弱引用包装：

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

• 键是 WeakReference<Object>，而值是普通 V 类型；
• 当 GC 发现 key 只剩 WeakReference，会清除该对象，并将其放入 ReferenceQueue；
• WeakHashMap 轮询 ReferenceQueue，发现 key 被 GC 回收后，自动删除该 Entry。

2. HashMap 与 WeakHashMap 的区别

对比项	HashMap	WeakHashMap
Key 类型	强引用 (StrongReference)	弱引用 (WeakReference)
GC 影响	不会自动回收	Key 被 GC 回收后，Entry 自动删除
数据结构	数组 + 链表/红黑树	数组 + 链表
适用场景	普通数据存储，缓存需手动管理	短生命周期对象存储，避免 OOM
性能	较稳定	访问时需额外检查 ReferenceQueue，性能略低

3. WeakHashMap 的工作机制

核心方法 getTable() 会检查 ReferenceQueue，清除被 GC 回收的键：

private void expungeStaleEntries() {
    for (Object x; (x = queue.poll()) != null; ) {
        synchronized (queue) {
            Entry<?, ?> e = (Entry<?, ?>) x;
            int i = indexFor(e.hash, table.length);
            Entry<K,V> prev = table[i], p = prev;
            while (p != null) {
                Entry<K,V> next = p.next;
                if (p == e) {
                    if (prev == e) table[i] = next;
                    else prev.next = next;
                    break;
                }
                prev = p;
                p = next;
            }
        }
    }
}

• 当 GC 发现 key 没有强引用，会自动清除 WeakReference 并加入 ReferenceQueue；
• WeakHashMap 访问时检查 ReferenceQueue，删除已回收的 entry，避免内存泄漏。

4. 适用场景

WeakHashMap 适合存储生命周期较短的对象，典型应用包括：

1. 对象缓存（避免内存泄漏）：

   Map<Object, String> cache = new WeakHashMap<>();
   Object key = new Object();
   cache.put(key, "Data");
   key = null; // 失去强引用
   System.gc(); // 触发 GC，WeakHashMap 自动删除 key
   System.out.println(cache.size()); // 0
   

2. 监听器管理（如 Swing 事件监听）：
   • 避免监听器对象长期驻留内存，导致 OOM。
3. ClassLoader 级别的缓存（如 Spring、Tomcat）：
   • 防止类加载器持有强引用，导致 OutOfMemoryError。

5. WeakHashMap 的常见问题

❌ 常见误区

1. 误认为 WeakHashMap 会立即删除 entry

   • 错误示例：

     Map<String, String> map = new WeakHashMap<>();
     map.put(new String("key"), "value");
     System.out.println(map.size()); // 仍然可能是 1
     

   • **解析：**GC 不保证立即清除，只有在 下一次访问时检查 ReferenceQueue，entry 才会被删除。

2. 误以为 WeakHashMap 适用于所有缓存场景

   • WeakHashMap 适用于短生命周期对象，但 高频访问的缓存建议使用 ConcurrentHashMap + SoftReference，避免数据过快丢失。
   • 推荐 Caffeine、Guava Cache 作为更优选择。

3. 误以为 WeakHashMap 线程安全

   • 错误示例：

     Map<Object, String> map = new WeakHashMap<>();
     new Thread(() -> map.put(new Object(), "A")).start();
     new Thread(() -> map.put(new Object(), "B")).start();
     

   • **解析：**WeakHashMap 不是线程安全的，并发环境需使用 Collections.synchronizedMap() 包装。

深入追问

🔹 WeakHashMap 为什么 key 不能是 String 常量？
🔹 为什么 WeakHashMap 需要 ReferenceQueue 机制？
🔹 WeakHashMap 在 remove() 时如何保证数据一致性？
🔹 WeakHashMap 如何优化 GC 触发频率？

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