Java WeakHashMap：理解、活用、主要な違い

Java WeakHashMap

JavaのWeakHashMapについて、作成方法、HashMapとの主な違い、実践例、必須メソッドを包括的に解説します。

Javaコレクションフレームワークの一部であるWeakHashMapクラスは、Mapインターフェースを実装します。通常のハッシュテーブルのように振る舞いますが、キーを弱参照として格納するため、キーがもはや使用されなくなるとガベージコレクタによって回収されます。

プログラムがキー オブジェクトへの強参照を保持しなくなると、弱参照はガベージコレクトの対象となります。

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WeakHashMapの作成

まずjava.util.WeakHashMapをインポートします：

import java.util.WeakHashMap;

次にインスタンス化し、オプションで初期容量と負荷係数を指定：

// 容量8、負荷係数0.6のWeakHashMap
WeakHashMap<Key, Value> numbers = new WeakHashMap<>(8, 0.6);

パラメータ：

• capacity - リサイズ前のエントリ数。デフォルトは16
• loadFactor - マップ拡張の閾値。デフォルトは0.75

パラメータなしの場合、デフォルト値が適用されます：

WeakHashMap<Key, Value> numbers = new WeakHashMap<>();

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HashMap vs WeakHashMap

両方ともMapを実装しますが、主要な違いは参照強度にあります：

• HashMap - キーは強参照。エントリは明示的に削除されるまで持続
• WeakHashMap - キーは弱参照。キーが到達不能になるとエントリが消滅

動作を示す例：

import java.util.WeakHashMap;
class Main {
    public static void main(String[] args) {
        WeakHashMap<String, Integer> numbers = new WeakHashMap<>();
        String two = new String("Two");
        Integer twoValue = 2;
        String four = new String("Four");
        Integer fourValue = 4;
        numbers.put(two, twoValue);
        numbers.put(four, fourValue);
        System.out.println("WeakHashMap: " + numbers);
        // キーへの参照をnull化
        two = null;
        System.gc();
        System.out.println("GC後のWeakHashMap: " + numbers);
    }
}

出力：

WeakHashMap: {Four=4, Two=2}
GC後のWeakHashMap: {Four=4}

"Two"のエントリは、そのキーがもはや強到達不能になったため消滅します。対照的にHashMapはエントリを保持します：

import java.util.HashMap;
class Main {
    public static void main(String[] args) {
        HashMap<String, Integer> numbers = new HashMap<>();
        String two = new String("Two");
        Integer twoValue = 2;
        String four = new String("Four");
        Integer fourValue = 4;
        numbers.put(two, twoValue);
        numbers.put(four, fourValue);
        System.out.println("HashMap: " + numbers);
        two = null;
        System.gc();
        System.out.println("GC後のHashMap: " + numbers);
    }
}

出力：

HashMap: {Four=4, Two=2}
GC後のHashMap: {Four=4, Two=2}

したがって、WeakHashMapは未使用キーに結びついたメモリを自動的に解放したい場合に最適です。

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他のマップからの変換

既存マップからWeakHashMapをインスタンス化してエントリをコピー：

import java.util.HashMap;
import java.util.WeakHashMap;
class Main {
    public static void main(String[] args) {
        HashMap<String, Integer> evenNumbers = new HashMap<>();
        String two = new String("Two");
        evenNumbers.put(two, 2);
        System.out.println("HashMap: " + evenNumbers);
        WeakHashMap<String, Integer> numbers = new WeakHashMap<>(evenNumbers);
        System.out.println("WeakHashMap: " + numbers);
    }
}

出力：

HashMap: {Two=2}
WeakHashMap: {Two=2}

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WeakHashMapの主要メソッド

最も頻繁に使用される操作の選択です。

エントリの挿入

• put(key, value) - マッピングを追加
• putAll(map) - 他のマップをマージ
• putIfAbsent(key, value) - キーが存在しない場合のみ挿入

例：

import java.util.WeakHashMap;
class Main {
    public static void main(String[] args) {
        WeakHashMap<String, Integer> evenNumbers = new WeakHashMap<>();
        evenNumbers.put(new String("Two"), 2);
        evenNumbers.putIfAbsent(new String("Four"), 4);
        System.out.println("偶数: " + evenNumbers);
        WeakHashMap<String, Integer> numbers = new WeakHashMap<>();
        numbers.put(new String("One"), 1);
        numbers.putAll(evenNumbers);
        System.out.println("すべての数: " + numbers);
    }
}

出力：

偶数: {Four=4, Two=2}
すべての数: {Two=2, Four=4, One=1}

エントリへのアクセス

以下でデータを取得：

• get(key) - 値を返す。存在しない場合はnull
• getOrDefault(key, default) - キーが欠落時はデフォルトを返す
• entrySet()、keySet()、values() - エントリ、キー、値をイテレーション

例：

import java.util.WeakHashMap;
class Main {
    public static void main(String[] args) {
        WeakHashMap<String, Integer> numbers = new WeakHashMap<>();
        numbers.put(new String("One"), 1);
        numbers.put(new String("Two"), 2);
        System.out.println("Map: " + numbers);
        System.out.println("エントリセット: " + numbers.entrySet());
        System.out.println("キー: " + numbers.keySet());
        System.out.println("値: " + numbers.values());
        System.out.println("Twoを取得: " + numbers.get("Two"));
        System.out.println("FourのgetOrDefault: " + numbers.getOrDefault("Four", 4));
    }
}

出力：

Map: {Two=2, One=1}
エントリセット: [Two=2, One=1]
キー: [Two, One]
値: [1, 2]
Twoを取得: 2
FourのgetOrDefault: 4

エントリの削除

• remove(key) - 削除して値を返す
• remove(key, value) - 現在のマッピングが指定値と一致する場合のみ削除
• clear() - マップを空にする
• containsKey(key)、containsValue(value)、size()、isEmpty()

例：

import java.util.WeakHashMap;
class Main {
    public static void main(String[] args) {
        WeakHashMap<String, Integer> numbers = new WeakHashMap<>();
        numbers.put(new String("One"), 1);
        numbers.put(new String("Two"), 2);
        System.out.println("Map: " + numbers);
        int removed = numbers.remove("Two");
        System.out.println("削除された値: " + removed);
        boolean removedIf = numbers.remove("One", 3);
        System.out.println("{One=3}は削除されたか？ " + removedIf);
        System.out.println("削除後: " + numbers);
    }
}

出力：

Map: {Two=2, One=1}
削除された値: 2
{One=3}は削除されたか？ false
削除後: {One=1}

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その他のユーティリティ

メソッド	説明
clear()	すべてのエントリを削除
containsKey(key)	キーの存在確認
containsValue(value)	値の存在確認
size()	エントリ数を返す
isEmpty()	エントリがなければtrue

詳細については公式Java WeakHashMapドキュメントを参照してください。