.Net中的弱引用字典WeakDictionary和ConditionalWeakTable介绍

2024-07-29 06:47:41

有的时候，我们需要给某些数据添加一些附加信息，一种常用的做法是使用一个Dictionary在填充这些附加信息如：

    var data = new Data();
    var tag = new Tag();

    var dictionary = new Dictionary<Data, Tag>();
    dictionary[data] = tag;

这么做本身没有什么问题，但是却又一个不小的隐患，那就是在dictionary中保存着了data和tag的引用。当data不再使用的时候，需要将其从dictionary中移除，否则data和tag得不到释放。我们可以用如下代码说明这个问题：（注意，由于Debug模式有时会影响GC，本文代码需行在Release模式下）

    class Tag
    {
        public Tag()
        {
            Console.WriteLine("Create Tag");
        }

        ~Tag()
        {
            Console.WriteLine("Release Tag");
        }
    }

    class Data
    {
        public Data()
        {
            Console.WriteLine("Create Data");
        }

        ~Data()
        {
            Console.WriteLine("Release Data");
        }
    }

    static void Main(string[] args)
    {
        var data = new Data();
        var tag = new Tag();

        var dictionary = new Dictionary<Data, Tag>();
        dictionary[data] = tag;

        data = null;
        GC.Collect();

        Console.WriteLine("After GC");
        Console.ReadLine();
        Console.WriteLine(dictionary);
    }

从运行结果中可以看出，只有创建的输出，而没有释放的输出。这个就属于资源泄漏了。虽然可以通过手动在dictionary中删除data来实现资源的释放，但是这样就要求我们手动管理对象的生命周期了，而这往往不是一个比较容易做到的事情。

究其原因，是由于dictionary中保持着强引用、导致GC不会对其进行回收。找到了这个原因后，那就有相应的对策了，那就是改用弱引用来建立关联，这样数据就会被GC释放了。这种观念关系我们通常称为弱字典——WeakDictionary。弱字典也是保存着Key和Value的键值对，它满足如下需求：

字典中保存着Key的弱引用，即使不释放Key值，也可以被GC回收。
字典中保存的Value的强引用，Key没有被GC回收前，Value不会被GC回收。
当Key被GC回收时，关联关系从字典中移除，Value也能被GC回收。

知道了需求后，接下来就可以对Dictionary进行简单的封装，将其改造成弱字典了。

    static void Main(string[] args)
    {
        var data = new Data();
        var tag = new Tag();

        var dictionary = new Dictionary<WeakReference<Data>, Tag>();
        var key = new WeakReference<Data>(data);
        dictionary[key] = tag;

        data = null;
        GC.Collect();

        Console.WriteLine("After GC");
        Console.ReadLine();
        Console.WriteLine(dictionary);
    }

运行这段代码后，我们就会发现，Data数据能释放了，但是并不完善，具体体现在如下方面：

Tag保存的仍然是强引用，得不到释放
Key数据并不是Data类型了，存在一个检索的问题，否则无法CRUD。

对于第一个问题，可以通过一个Timer来定时清理已经释放了的Key来解决；对于第二个问题，则需要在内部通过key来建立Hash表来解决。具体的实现还有点麻烦，也会引入一些新的问题，这里就不继续列举了。

之所以不继续改造下去了，是因为这里我是在造重复轮子，.Net的BCL中本身就已经提供了一个弱字典——ConditionalWeakTable，通过ConditionalWeakTable改造上述代码如下：

    static void Main(string[] args)
    {
        var data = new Data();
        var tag = new Tag();

        var dictionary = new ConditionalWeakTable<Data, Tag>();
        dictionary.Add(data, tag);

        data = null;
        GC.Collect();

        Console.WriteLine("After GC");
        Console.ReadLine();
        Console.WriteLine(dictionary);
    }

从运行结果来看，GC结束后，Key和Value都被GC回收掉了（再次强调，需要运行在Release版本下）。

这个类放置在System.Runtime.CompilerServices下，也很少见到有书里面介绍到它。这里我就简单的介绍一下其接口吧：

    dictionary.Add(data, tag);    //添加
    dictionary.TryGetValue(data, out tag);    //查询
    dictionary.Remove(data);    //删除

这三个是它比较常见的接口，另外还有两个不大用的接口，这里就不多介绍了。

最后，简单的试了它的性能，基本上和Dictionary差不多，查询效率还是非常高的，内部应该也是一个Hash表。

到此这篇关于.Net弱引用字典WeakDictionary和ConditionalWeakTable的文章就介绍到这了。希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持我们。

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