Java for Beginner

WeakHashMap, особенности использования

WeakHashMap — это реализация интерфейса Map, которая использует слабые ссылки на ключи. Эта структура данных особенно полезна для кеширования, где не требуется жесткая ссылка на ключи, и объекты могут быть автоматически удалены сборщиком мусора, когда они больше не используются. Рассмотрим подробно особенности и использование WeakHashMap.

Основные особенности WeakHashMap

Слабые ссылки: Ключи в WeakHashMap хранятся как слабые ссылки. Это значит, что если на объект-ключ нет жестких ссылок из других объектов, то он может быть удален сборщиком мусора.
Автоматическое удаление: При удалении ключа сборщиком мусора, соответствующая пара ключ-значение также удаляется из карты.
Потокобезопасность: WeakHashMap не является потокобезопасной и требует внешней синхронизации при доступе из нескольких потоков.

Внутреннее устройство WeakHashMap

WeakHashMap основан на массиве сегментов (bucket), где каждая ячейка массива может содержать связанный список элементов, как в HashMap. Однако, ключи хранятся в виде слабых ссылок (WeakReference), что позволяет сборщику мусора удалять их при необходимости.

Примеры использования WeakHashMap

Создание и добавление элементов

import java.util.WeakHashMap;
import java.util.Map;

public class WeakHashMapExample {
    public static void main(String[] args) {
        WeakHashMap<String, String> weakMap = new WeakHashMap<>();
        
        String key1 = new String("key1");
        String key2 = new String("key2");
        
        weakMap.put(key1, "value1");
        weakMap.put(key2, "value2");

        System.out.println("Before GC: " + weakMap);
        
        key1 = null;
        System.gc();
        
        // Подождем немного, чтобы GC мог удалить key1
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        System.out.println("After GC: " + weakMap);
    }
}

Основные методы WeakHashMap

Метод put

Добавляет пару ключ-значение в карту.

WeakHashMap<String, Integer> map = new WeakHashMap<>();
map.put("Apple", 50);
map.put("Banana", 30);

Метод get

Возвращает значение, связанное с указанным ключом.

Integer value = map.get("Apple");
System.out.println("Value for key 'Apple': " + value);

Метод remove

Удаляет запись по ключу и возвращает удаленное значение.

Integer removedValue = map.remove("Banana");
System.out.println("Removed value: " + removedValue);

Метод containsKey

Проверяет, содержится ли ключ в карте.

boolean contains = map.containsKey("Apple");
System.out.println("Contains key 'Apple': " + contains);

Метод containsValue

Проверяет, содержится ли значение в карте.

boolean containsValue = map.containsValue(50);
System.out.println("Contains value 50: " + containsValue);

Метод size

Возвращает количество элементов в карте.

int size = map.size();
System.out.println("Size of the map: " + size);

Метод isEmpty

Проверяет, пуста ли карта.

boolean isEmpty = map.isEmpty();
System.out.println("Is the map empty: " + isEmpty);

Метод clear

Очищает карту, удаляя все элементы.

map.clear();
System.out.println("Size after clear: " + map.size());

Особенности использования WeakHashMap

Кеширование
WeakHashMap идеально подходит для кеширования данных, которые можно восстанавливать, если они удалены сборщиком мусора. Например, кеширование изображений в приложении, где изображения могут быть загружены повторно, если они были удалены.

Автоматическое удаление
В ситуациях, когда необходимо автоматически удалять элементы карты при отсутствии ссылок на ключи, WeakHashMap будет полезен. Например, для ассоциации метаданных с объектами без предотвращения их сборки мусора.

Полезные ссылки для более полного ознакомления с WeakHashMap (спасибо авторам за их кропотливую работу):
https://www.baeldung.com/java-weakhashmap
https://javarush.com/quests/lectures/questservlets.level18.lecture08

#Java #Training #Medium #WeakHashMap

JavaRush

Курс All lectures for ru purposes - Лекция: Работа с WeakHashMap

Знакомство с WeakHashMap. Методы в WeakHashMap. Примеры использования. Сравнение HashMap и WeakHashMap.

188 viewsДен, 05:16

Java for Beginner

Внутреннее устройство WeakHashMap

Основные компоненты

Бакеты:

WeakHashMap использует массив бакетов для хранения элементов. Каждый бакет представляет собой связанный список, который хранит элементы с одинаковым значением хэш-кода (коллизии).

Слабые ссылки (Weak References):

Ключи в WeakHashMap хранятся в виде слабых ссылок (java.lang.ref.WeakReference). Это означает, что ключи могут быть удалены сборщиком мусора, если на них больше нет жестких ссылок.

Структура записи (Entry):

Каждый элемент в WeakHashMap представлен экземпляром внутреннего класса WeakHashMap.Entry. Этот класс расширяет WeakReference<K> и содержит дополнительные поля для значения (V) и ссылки на следующий элемент в связанном списке (для коллизий).

Сборка мусора:

Сборщик мусора удаляет записи, ключи которых больше не используются. После удаления элемента его запись в бакете становится недействительной и удаляется при следующем доступе или изменении карты.

Механизм работы

Хэширование:

При добавлении элемента в карту ключ хэшируется, и результат используется для определения бакета, в который будет помещен элемент.

Добавление элементов:

Новый элемент добавляется в соответствующий бакет. Если бакет уже содержит элементы с одинаковым хэш-кодом, новый элемент добавляется в конец связанного списка.

Удаление элементов:

Когда ключ становится недоступным для приложения (не имеет жестких ссылок), сборщик мусора удаляет его запись из памяти. WeakHashMap автоматически удаляет такие записи при следующем доступе или модификации.

Примеры использования

Пример 1: Простой пример использования WeakHashMap

import java.util.WeakHashMap;

public class WeakHashMapExample {
    public static void main(String[] args) {
        WeakHashMap<String, String> map = new WeakHashMap<>();

        String key1 = new String("key1");
        String value1 = "value1";
        map.put(key1, value1);

        String key2 = new String("key2");
        String value2 = "value2";
        map.put(key2, value2);

        System.out.println("Map before GC: " + map);

        // Убираем жесткие ссылки на ключи
        key1 = null;
        key2 = null;

        // Вызываем сборщик мусора
        System.gc();

        // Небольшая задержка для того, чтобы сборщик мусора успел сработать
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        System.out.println("Map after GC: " + map);
    }
}

В этом примере мы создаем WeakHashMap и добавляем в нее две пары ключ-значение. Затем убираем жесткие ссылки на ключи и вызываем сборщик мусора. После сборки мусора элементы с ключами, на которые больше нет жестких ссылок, удаляются из карты.

Пример 2: Использование WeakHashMap для кеширования
WeakHashMap часто используется для кеширования данных, которые могут быть автоматически удалены, когда они больше не нужны. Это позволяет эффективно управлять памятью.

import java.util.WeakHashMap;

public class ImageCache {
    private WeakHashMap<String, byte[]> cache = new WeakHashMap<>();

    public byte[] getImage(String imageName) {
        byte[] image = cache.get(imageName);
        if (image == null) {
            image = loadImageFromDisk(imageName);
            cache.put(imageName, image);
        }
        return image;
    }

    private byte[] loadImageFromDisk(String imageName) {
        // Заглушка для примера, возвращаем пустой массив
        return new byte[0];
    }

    public static void main(String[] args) {
        ImageCache imageCache = new ImageCache();
        byte[] image1 = imageCache.getImage("image1.png");
        byte[] image2 = imageCache.getImage("image2.png");

        System.out.println("Image1 loaded: " + (image1 != null));
        System.out.println("Image2 loaded: " + (image2 != null));
    }
}

#Java #Training #Medium #WeakHashMap

202 viewsДен, 13:29

Java for Beginner

Раздел 6. Коллекции в Java

Глава 5. Map — отображения (словари)

Реализации: HashMap, LinkedHashMap, TreeMap и остальные

JCF предоставляет богатый набор реализаций Map, каждая оптимизирована под конкретные нужды.

Все они реализуют Map<K, V>, но различаются по:
Хранению: Хэш-таблица (HashMap), связный список + хэш (LinkedHashMap), красно-черное дерево (TreeMap).
Порядку: Нет (HashMap), вставки (LinkedHashMap), сортировка по ключам (TreeMap).
Производительности: O(1) для хэш, O(log n) для дерево.
Дополнительно: Специальные для enum, слабых ссылок и т.д.

1. HashMap<K, V>: Основная реализация

Описание: HashMap — сердце Map в Java, основанная на хэш-таблице. Хранит пары в массиве "бакетов" (buckets), где каждый бакет — список узлов (node) с ключом, значением и хэш-кодом.

Внутренняя структура:
Массив Node<K,V>[] table (initial capacity 16, load factor 0.75).
При put: Вычисляет hash = key.hashCode() ^ (hash >>> 16) для равномерности.
Индекс бакета: hash & (table.length - 1).
Коллизия: LinkedList или Tree (с Java 8, если > 8 узлов — дерево для O(log n)).
Ресайз: При >75% заполнения — удваивает размер, перехэширует все элементы.

Big O:
put/get/remove/containsKey: O(1) средний, O(n) worst (плохие хэши).
Итерация: O(capacity).

Особенности:
Порядок: Нет (iteration order не гарантирован).
Null: Один null-ключ, несколько null-значений.
Thread-safe: Нет (ConcurrentModificationException при параллельном доступе).
Initial capacity/load factor: new HashMap<>(16, 0.75f) для оптимизации.

Нюансы и ловушки:
hashCode/equals: Критичны! Плохой hashCode — деградация до O(n). Изменение ключа после put — потеря элемента.
Ресайз: O(n) время, но редко.
Java 8+: Tree nodes для коллизий (>8 узлов).
Remove: Если null-ключ — специальная обработка.
Итерация: entrySet(), keySet(), values() — O(capacity), не size().

Пример кода:

javaimport java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Map<String, Integer> ages = new HashMap<>();
        ages.put("Алексей", 35);
        ages.put("Мария", 28);
        ages.put("Алексей", 36);  // Перезапись

        System.out.println(ages.get("Алексей"));  // 36
        ages.put(null, 0);  // Null-ключ
        System.out.println(ages.size());  // 3

        // Итерация
        for (Map.Entry<String, Integer> entry : ages.entrySet()) {
            System.out.println(entry.getKey() + ": " + entry.getValue());
        }
    }
}
Когда использовать: 99% случаев — быстрый поиск/кэш (userId -> User).

2. LinkedHashMap<K, V>: HashMap с порядком

Описание: Расширение HashMap с двусвязным списком для сохранения порядка вставки (insertion-order) или доступа (access-order для LRU-кэша).

Внутренняя структура: HashMap + Entry с prev/next ссылками. Два режима: INSERTION_ORDER (default) или ACCESS_ORDER (constructor flag).

Big O: O(1) для put/get/remove, как HashMap.

Особенности:
Порядок: Вставки (по умолчанию) или доступа (get/put обновляет позицию).
Null: Да.
Thread-safe: Нет.

Нюансы:
LRU кэш: new LinkedHashMap<>(16, 0.75f, true) — access-order, removeEldestEntry для eviction.
Итерация: В порядке вставки/доступа.
Ресайз: Как HashMap, но сохраняет порядок.

Пример:

javaimport java.util.LinkedHashMap;
import java.util.Map;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Map<String, Integer> map = new LinkedHashMap<>();
        map.put("A", 1);
        map.put("B", 2);
        map.put("A", 3);  // Обновляет, но порядок сохраняется

        for (String key : map.keySet()) {
            System.out.println(key);  // A, B — порядок вставки
        }

        // Access-order
        Map<String, Integer> lru = new LinkedHashMap<>(16, 0.75f, true);
        lru.put("A", 1);
        lru.get("A");  // "A" перемещается в конец
    }
}
Когда использовать: Кэш с порядком (LRU), когда нужен predictable iteration.

#Java #для_новичков #beginner #Map #HashMap #LinkedHashMap #TreeMap #Hashtable #IdentityHashMap #EnumMap #WeakHashMap

👍1

49 views08:58

Java for Beginner

3. TreeMap<K, V>: Отсортированная Map

Описание: Реализация SortedMap<K, V> на красно-черном дереве (red-black tree). Ключи всегда отсортированы.

Внутренняя структура: Дерево узлов с left/right/child ссылками, цветом для баланса.

Big O: O(log n) для put/get/remove/containsKey.

Особенности:
Порядок: Сортировка по ключам (Comparable или Comparator).
Null-ключ: Нет (NPE).
Null-значение: Да.
Thread-safe: Нет.

Нюансы:
Comparator: new TreeMap<>(comparator) для custom сортировки.
Дополнительные методы: firstKey(), lastKey(), headMap(K to), tailMap(K from), subMap.
Custom ключи: Comparable<K> или Comparator.
Баланс: Автоматический, O(log n) гарантировано.

Пример:

javaimport java.util.TreeMap;
import java.util.Map;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Map<Integer, String> map = new TreeMap<>();
        map.put(3, "Три");
        map.put(1, "Один");
        map.put(2, "Два");

        for (Integer key : map.keySet()) {
            System.out.println(key + ": " + map.get(key));  // 1: Один, 2: Два, 3: Три
        }

        System.out.println(map.firstKey());  // 1
    }
}
Когда использовать: Отсортированные ключи (диапазонные запросы, алфавитный словарь).

Остальные реализации: Hashtable, IdentityHashMap, EnumMap, WeakHashMap

Hashtable<K, V> (устаревшая)

Описание: Первая Map в Java (1.0), synchronized версия HashMap.
Особенности: Thread-safe (synchronized методы), нет null, порядок нет.
Big O: O(1).
Нюансы: Медленнее HashMap (locks на каждый метод), legacy — используйте ConcurrentHashMap.
Когда: Только legacy код.

IdentityHashMap<K, V>

Описание: HashMap с == вместо equals/hashCode (по ссылке).
Особенности: Для объектов, где важна идентичность (graph algorithms).
Big O: O(1).
Нюансы: Load factor 0.5, double hash для коллизий.
Когда: Редко, для identity сравнения.

EnumMap<K extends Enum<K>, V>

Описание: Оптимизированная Map для enum ключей (массив вместо хэш).
Особенности: O(1), порядок enum, нет null-ключа.
Нюансы: Ключи — enum, values any.
Когда: State machines, enum configs.

WeakHashMap<K, V>

Описание: HashMap с weak keys (GC может удалить entry, если ключ недостижим).
Особенности: Для кэшей, где память критична.
Big O: O(1).
Нюансы: Values strong, cleanup не мгновенный.
Когда: Canonicalizing mappings (interning).

Полезные советы для новичков

HashMap 95% случаев: Начните с неё.
LinkedHashMap для кэша: removeEldestEntry для LRU.
TreeMap для сортировки: Comparator для reverse.
Custom ключи: IDE генерирует equals/hashCode.
Initial capacity: new HashMap<>(expectedSize) для избежания ресайза.
Ошибки: NPE в TreeMap с null-ключом; ClassCast в TreeMap без Comparable.

#Java #для_новичков #beginner #Map #HashMap #LinkedHashMap #TreeMap #Hashtable #IdentityHashMap #EnumMap #WeakHashMap

👍2

47 views08:58

About

Blog

Apps

Platform