weakreference实现原理分析

xiaoxiao2021-02-28  42

本文作者:RockyBalboa

原文地址:http://rockybalboa.blog.51cto.com/1010693/813161

前言

若干年前看了Java的四种引用类型,只是简单知道了不同类型的作用,但对其实现原理一直未能想明白,本文尝试结合jdk,openjdk6的部分源码分析弱引用实现的原理,供大家参考,部分技术细节没有仔细研究,如有疑问欢迎留言讨论

 实例分析

我们以WeakHashMap的处理过程为例介绍一个weak reference的生命周期,首先我们调用WeakHashMap的put方法放入对象到Map中,WeakHashMap的Entry继承了WeakReference

 

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; 

下面是put的部分代码

Entry<K,V> e = tab[i];         tab[i] = new Entry<K,V>(k, value, queue, h, e);         if (++size >= threshold)             resize(tab.length * 2);         return null;     } 

注意new Entry传递了一个reference queue到构造函数中,此构造函数最终会调用Reference的构造函数

Reference(T referent, ReferenceQueue<? super T> queue) {     this.referent = referent;     this.queue = (queue == null) ? ReferenceQueue.NULL : queue;     } 

referent是我们之前传入的hashmap的key对象,queue的作用是用来读取referent被回收的weak reference,生产者是谁后续介绍,此时WeakHashMap中已经存在了一个对象,先将key对象的strong ref制空并尝试触发gc,比如使用System.gc()来显式的触发gc,然后调用WeakHashMap的size方法返回集合的个数,绝大多数情况下会是0,这个过程中发生了什么呢?

第一步,key没有可达的strong ref,仅仅存在一个weak reference的referent变量仍然指向了key,触发GC时,以openjdk6的parNew为例,jvm在young generation gc时会尝试获取Reference对象里的静态全局锁

/* Object used to synchronize with the garbage collector.  The collector      * must acquire this lock at the beginning of each collection cycle.  It is      * therefore critical that any code holding this lock complete as quickly      * as possible, allocate no new objects, and avoid calling user code.      */     static private class Lock { };     private static Lock lock = new Lock(); 

在openjdk6里的部分源代码,完整代码请参考instanceRefKlass.cpp文件

void instanceRefKlass::acquire_pending_list_lock(BasicLock *pending_list_basic_lock) {   // we may enter this with pending exception set   PRESERVE_EXCEPTION_MARK;  // exceptions are never thrown, needed for TRAPS argument   Handle h_lock(THREAD, java_lang_ref_Reference::pending_list_lock());   ObjectSynchronizer::fast_enter(h_lock, pending_list_basic_lock, false, THREAD);   assert(ObjectSynchronizer::current_thread_holds_lock(            JavaThread::current(), h_lock),          "Locking should have succeeded");   if (HAS_PENDING_EXCEPTION) CLEAR_PENDING_EXCEPTION; 

 此处代码在parNew gc时执行,目的就是尝试获取全局锁,在gc完成后,jvm会将key被回收的weak reference组成一个queue并赋值到Reference的pending属性然后释放锁,参考方法:

void instanceRefKlass::release_and_notify_pending_list_lock(   BasicLock *pending_list_basic_lock) {   // we may enter this with pending exception set   PRESERVE_EXCEPTION_MARK;  // exceptions are never thrown, needed for TRAPS argument   //   Handle h_lock(THREAD, java_lang_ref_Reference::pending_list_lock());   assert(ObjectSynchronizer::current_thread_holds_lock(            JavaThread::current(), h_lock),          "Lock should be held");   // Notify waiters on pending lists lock if there is any reference.   if (java_lang_ref_Reference::pending_list() != NULL) {     ObjectSynchronizer::notifyall(h_lock, THREAD);   }   ObjectSynchronizer::fast_exit(h_lock(), pending_list_basic_lock, THREAD);   if (HAS_PENDING_EXCEPTION) CLEAR_PENDING_EXCEPTION; 

在一次gc后,Reference对象的pending属性不再为空,让我们看看Reference的部分代码

首先是pending属性的说明:

/* List of References waiting to be enqueued.  The collector adds  * References to this list, while the Reference-handler thread removes  * them.  This list is protected by the above lock object.  */ private static Reference pending = null

接下来是Reference中的内部类ReferenceHandler,它继承了Thread,看看run方法的代码

public void run() {         for (;;) {          Reference r;         synchronized (lock) {             if (pending != null) {             r = pending;             Reference rn = r.next;             pending = (rn == r) ? null : rn;             r.next = r;             } else {             try {                 lock.wait();             } catch (InterruptedException x) { }             continue            }         }          // Fast path for cleaners         if (r instanceof Cleaner) {             ((Cleaner)r).clean();             continue        }          ReferenceQueue q = r.queue;         if (q != ReferenceQueue.NULL) q.enqueue(r);         }     }     } 

一旦jvm notify了前面提到的锁,这个线程就被激活并开始执行,作用是将之前jvm赋值过来的pending对象中的WeakReference对象enqueue到指定的队列中,比如WeakHashMap内部定义的ReferenceQueue属性

此时map的queue中保存了referent已经被回收的WeakReference队列,也就是map的Entry对象,当调用size方法时,内部首先调用expungStaleEntries方法清除被回收掉的Entry,代码如下

 

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;             }         }     } 

ok,就这样map的废弃Entry被clear,size返回为0

经过简单的测试程序发现:

一次gc未必能完全回收所有的weak ref

weak对象也可能会出现在old generation

 

参考:

 

http://weblogs.java.net/blog/2006/05/04/understanding-weak-references

 http://stackoverflow.com/questions/154724/when-would-you-use-a-weakhashmap-or-a-weakreference

本文出自 “RockyBalboa” 博客,请务必保留此出处http://rockybalboa.blog.51cto.com/1010693/813161

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