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[platform/upstream/gcc48.git] / libjava / classpath / gnu / java / util / WeakIdentityHashMap.java
1 /* WeakIdentityHashMap -- an identity hashtable that keeps only weak references
2    to its keys, allowing the virtual machine to reclaim them
3    Copyright (C) 1999, 2000, 2001, 2002, 2003, 2004, 2006 Free Software Foundation, Inc.
4
5 This file is part of GNU Classpath.
6
7 GNU Classpath is free software; you can redistribute it and/or modify
8 it under the terms of the GNU General Public License as published by
9 the Free Software Foundation; either version 2, or (at your option)
10 any later version.
11
12 GNU Classpath is distributed in the hope that it will be useful, but
13 WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14 MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
15 General Public License for more details.
16
17 You should have received a copy of the GNU General Public License
18 along with GNU Classpath; see the file COPYING.  If not, write to the
19 Free Software Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA
20 02110-1301 USA.
21
22 Linking this library statically or dynamically with other modules is
23 making a combined work based on this library.  Thus, the terms and
24 conditions of the GNU General Public License cover the whole
25 combination.
26
27 As a special exception, the copyright holders of this library give you
28 permission to link this library with independent modules to produce an
29 executable, regardless of the license terms of these independent
30 modules, and to copy and distribute the resulting executable under
31 terms of your choice, provided that you also meet, for each linked
32 independent module, the terms and conditions of the license of that
33 module.  An independent module is a module which is not derived from
34 or based on this library.  If you modify this library, you may extend
35 this exception to your version of the library, but you are not
36 obligated to do so.  If you do not wish to do so, delete this
37 exception statement from your version. */
38
39
40 package gnu.java.util;
41
42 import java.lang.ref.ReferenceQueue;
43 import java.lang.ref.WeakReference;
44 import java.util.AbstractMap;
45 import java.util.AbstractSet;
46 import java.util.Collection;
47 import java.util.ConcurrentModificationException;
48 import java.util.Iterator;
49 import java.util.Map;
50 import java.util.NoSuchElementException;
51 import java.util.Set;
52
53 /**
54  * A weak hash map has only weak references to the key. This means that it
55  * allows the key to be garbage collected if it is not used otherwise. If
56  * this happens, the entry will eventually disappear from the map,
57  * asynchronously.
58  *
59  * <p>Other strange behaviors to be aware of: The size of this map may
60  * spontaneously shrink (even if you use a synchronized map and synchronize
61  * it); it behaves as if another thread removes entries from this table
62  * without synchronization.  The entry set returned by <code>entrySet</code>
63  * has similar phenomenons: The size may spontaneously shrink, or an
64  * entry, that was in the set before, suddenly disappears.
65  *
66  * <p>A weak hash map is not meant for caches; use a normal map, with
67  * soft references as values instead, or try {@link LinkedHashMap}.
68  *
69  * <p>The weak hash map supports null values and null keys.  The null key
70  * is never deleted from the map (except explictly of course). The
71  * performance of the methods are similar to that of a hash map.
72  *
73  * <p>The value objects are strongly referenced by this table.  So if a
74  * value object maintains a strong reference to the key (either direct
75  * or indirect) the key will never be removed from this map.  According
76  * to Sun, this problem may be fixed in a future release.  It is not
77  * possible to do it with the jdk 1.2 reference model, though.
78  *
79  * @author Jochen Hoenicke
80  * @author Eric Blake (ebb9@email.byu.edu)
81  * @author Jeroen Frijters
82  *
83  * @see HashMap
84  * @see WeakReference
85  * @see WeakHashMap
86  * @see IdentityHashMap
87  * @see LinkedHashMap
88  */
89 public class WeakIdentityHashMap extends AbstractMap implements Map
90 {
91   /**
92    * The default capacity for an instance of HashMap.
93    * Sun's documentation mildly suggests that this (11) is the correct
94    * value.
95    */
96   private static final int DEFAULT_CAPACITY = 11;
97
98   /**
99    * The default load factor of a HashMap.
100    */
101   private static final float DEFAULT_LOAD_FACTOR = 0.75F;
102
103   /**
104    * This is used instead of the key value <i>null</i>.  It is needed
105    * to distinguish between an null key and a removed key.
106    */
107   // Package visible for use by nested classes.
108   static final Object NULL_KEY = new Object();
109
110   /**
111    * The reference queue where our buckets (which are WeakReferences) are
112    * registered to.
113    */
114   private final ReferenceQueue queue;
115
116   /**
117    * The number of entries in this hash map.
118    */
119   // Package visible for use by nested classes.
120   int size;
121
122   /**
123    * The load factor of this WeakIdentityHashMap.  This is the maximum ratio of
124    * size versus number of buckets.  If size grows the number of buckets
125    * must grow, too.
126    */
127   private float loadFactor;
128
129   /**
130    * The rounded product of the capacity (i.e. number of buckets) and
131    * the load factor. When the number of elements exceeds the
132    * threshold, the HashMap calls <code>rehash()</code>.
133    */
134   private int threshold;
135
136   /**
137    * The number of structural modifications.  This is used by
138    * iterators, to see if they should fail.  This doesn't count
139    * the silent key removals, when a weak reference is cleared
140    * by the garbage collection.  Instead the iterators must make
141    * sure to have strong references to the entries they rely on.
142    */
143   // Package visible for use by nested classes.
144   int modCount;
145
146   /**
147    * The entry set.  There is only one instance per hashmap, namely
148    * theEntrySet.  Note that the entry set may silently shrink, just
149    * like the WeakIdentityHashMap.
150    */
151   private final class WeakEntrySet extends AbstractSet
152   {
153     /**
154      * Non-private constructor to reduce bytecode emitted.
155      */
156     WeakEntrySet()
157     {
158     }
159
160     /**
161      * Returns the size of this set.
162      *
163      * @return the set size
164      */
165     public int size()
166     {
167       return size;
168     }
169
170     /**
171      * Returns an iterator for all entries.
172      *
173      * @return an Entry iterator
174      */
175     public Iterator iterator()
176     {
177       return new Iterator()
178       {
179         /**
180          * The entry that was returned by the last
181          * <code>next()</code> call.  This is also the entry whose
182          * bucket should be removed by the <code>remove</code> call. <br>
183          *
184          * It is null, if the <code>next</code> method wasn't
185          * called yet, or if the entry was already removed.  <br>
186          *
187          * Remembering this entry here will also prevent it from
188          * being removed under us, since the entry strongly refers
189          * to the key.
190          */
191         WeakBucket.WeakEntry lastEntry;
192
193         /**
194          * The entry that will be returned by the next
195          * <code>next()</code> call.  It is <code>null</code> if there
196          * is no further entry. <br>
197          *
198          * Remembering this entry here will also prevent it from
199          * being removed under us, since the entry strongly refers
200          * to the key.
201          */
202         WeakBucket.WeakEntry nextEntry = findNext(null);
203
204         /**
205          * The known number of modification to the list, if it differs
206          * from the real number, we throw an exception.
207          */
208         int knownMod = modCount;
209
210         /**
211          * Check the known number of modification to the number of
212          * modifications of the table.  If it differs from the real
213          * number, we throw an exception.
214          * @throws ConcurrentModificationException if the number
215          *         of modifications doesn't match.
216          */
217         private void checkMod()
218         {
219           // This method will get inlined.
220           cleanQueue();
221           if (knownMod != modCount)
222             throw new ConcurrentModificationException(knownMod + " != "
223                                                       + modCount);
224         }
225
226         /**
227          * Get a strong reference to the next entry after
228          * lastBucket.
229          * @param lastEntry the previous bucket, or null if we should
230          * get the first entry.
231          * @return the next entry.
232          */
233         private WeakBucket.WeakEntry findNext(WeakBucket.WeakEntry lastEntry)
234         {
235           int slot;
236           WeakBucket nextBucket;
237           if (lastEntry != null)
238             {
239               nextBucket = lastEntry.getBucket().next;
240               slot = lastEntry.getBucket().slot;
241             }
242           else
243             {
244               nextBucket = buckets[0];
245               slot = 0;
246             }
247
248           while (true)
249             {
250               while (nextBucket != null)
251                 {
252                   WeakBucket.WeakEntry entry = nextBucket.getEntry();
253                   if (entry != null)
254                     // This is the next entry.
255                     return entry;
256
257                   // Entry was cleared, try next.
258                   nextBucket = nextBucket.next;
259                 }
260
261               slot++;
262               if (slot == buckets.length)
263                 // No more buckets, we are through.
264                 return null;
265
266               nextBucket = buckets[slot];
267             }
268         }
269
270         /**
271          * Checks if there are more entries.
272          * @return true, iff there are more elements.
273          * @throws ConcurrentModificationException if the hash map was
274          *         modified.
275          */
276         public boolean hasNext()
277         {
278           checkMod();
279           return nextEntry != null;
280         }
281
282         /**
283          * Returns the next entry.
284          * @return the next entry.
285          * @throws ConcurrentModificationException if the hash map was
286          *         modified.
287          * @throws NoSuchElementException if there is no entry.
288          */
289         public Object next()
290         {
291           checkMod();
292           if (nextEntry == null)
293             throw new NoSuchElementException();
294           lastEntry = nextEntry;
295           nextEntry = findNext(lastEntry);
296           return lastEntry;
297         }
298
299         /**
300          * Removes the last returned entry from this set.  This will
301          * also remove the bucket of the underlying weak hash map.
302          * @throws ConcurrentModificationException if the hash map was
303          *         modified.
304          * @throws IllegalStateException if <code>next()</code> was
305          *         never called or the element was already removed.
306          */
307         public void remove()
308         {
309           checkMod();
310           if (lastEntry == null)
311             throw new IllegalStateException();
312           modCount++;
313           internalRemove(lastEntry.getBucket());
314           lastEntry = null;
315           knownMod++;
316         }
317       };
318     }
319   }
320
321   /**
322    * A bucket is a weak reference to the key, that contains a strong
323    * reference to the value, a pointer to the next bucket and its slot
324    * number. <br>
325    *
326    * It would be cleaner to have a WeakReference as field, instead of
327    * extending it, but if a weak reference gets cleared, we only get
328    * the weak reference (by queue.poll) and wouldn't know where to
329    * look for this reference in the hashtable, to remove that entry.
330    *
331    * @author Jochen Hoenicke
332    */
333   private static class WeakBucket extends WeakReference
334   {
335     /**
336      * The value of this entry.  The key is stored in the weak
337      * reference that we extend.
338      */
339     Object value;
340
341     /**
342      * The next bucket describing another entry that uses the same
343      * slot.
344      */
345     WeakBucket next;
346
347     /**
348      * The slot of this entry. This should be
349      * <code>Math.abs(key.hashCode() % buckets.length)</code>.
350      *
351      * But since the key may be silently removed we have to remember
352      * the slot number.
353      *
354      * If this bucket was removed the slot is -1.  This marker will
355      * prevent the bucket from being removed twice.
356      */
357     int slot;
358
359     /**
360      * Creates a new bucket for the given key/value pair and the specified
361      * slot.
362      * @param key the key
363      * @param queue the queue the weak reference belongs to
364      * @param value the value
365      * @param slot the slot.  This must match the slot where this bucket
366      *        will be enqueued.
367      */
368     public WeakBucket(Object key, ReferenceQueue queue, Object value,
369                       int slot)
370     {
371       super(key, queue);
372       this.value = value;
373       this.slot = slot;
374     }
375
376     /**
377      * This class gives the <code>Entry</code> representation of the
378      * current bucket.  It also keeps a strong reference to the
379      * key; bad things may happen otherwise.
380      */
381     class WeakEntry implements Map.Entry
382     {
383       /**
384        * The strong ref to the key.
385        */
386       Object key;
387
388       /**
389        * Creates a new entry for the key.
390        * @param key the key
391        */
392       public WeakEntry(Object key)
393       {
394         this.key = key;
395       }
396
397       /**
398        * Returns the underlying bucket.
399        * @return the owning bucket
400        */
401       public WeakBucket getBucket()
402       {
403         return WeakBucket.this;
404       }
405
406       /**
407        * Returns the key.
408        * @return the key
409        */
410       public Object getKey()
411       {
412         return key == NULL_KEY ? null : key;
413       }
414
415       /**
416        * Returns the value.
417        * @return the value
418        */
419       public Object getValue()
420       {
421         return value;
422       }
423
424       /**
425        * This changes the value.  This change takes place in
426        * the underlying hash map.
427        * @param newVal the new value
428        * @return the old value
429        */
430       public Object setValue(Object newVal)
431       {
432         Object oldVal = value;
433         value = newVal;
434         return oldVal;
435       }
436
437       /**
438        * The hashCode as specified in the Entry interface.
439        * @return the hash code
440        */
441       public int hashCode()
442       {
443         return System.identityHashCode(key)
444             ^ (value == null ? 0 : value.hashCode());
445       }
446
447       /**
448        * The equals method as specified in the Entry interface.
449        * @param o the object to compare to
450        * @return true iff o represents the same key/value pair
451        */
452       public boolean equals(Object o)
453       {
454         if (o instanceof Map.Entry)
455           {
456             Map.Entry e = (Map.Entry) o;
457             return getKey() == e.getKey()
458               && (value == null ? e.getValue() == null
459                                 : value.equals(e.getValue()));
460           }
461         return false;
462       }
463
464       public String toString()
465       {
466         return getKey() + "=" + value;
467       }
468     }
469
470     /**
471      * This returns the entry stored in this bucket, or null, if the
472      * bucket got cleared in the mean time.
473      * @return the Entry for this bucket, if it exists
474      */
475     WeakEntry getEntry()
476     {
477       final Object key = this.get();
478       if (key == null)
479         return null;
480       return new WeakEntry(key);
481     }
482   }
483
484   /**
485    * The entry set returned by <code>entrySet()</code>.
486    */
487   private final WeakEntrySet theEntrySet;
488
489   /**
490    * The hash buckets.  These are linked lists. Package visible for use in
491    * nested classes.
492    */
493   WeakBucket[] buckets;
494
495   /**
496    * Creates a new weak hash map with default load factor and default
497    * capacity.
498    */
499   public WeakIdentityHashMap()
500   {
501     this(DEFAULT_CAPACITY, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
502   }
503
504   /**
505    * Creates a new weak hash map with default load factor and the given
506    * capacity.
507    * @param initialCapacity the initial capacity
508    * @throws IllegalArgumentException if initialCapacity is negative
509    */
510   public WeakIdentityHashMap(int initialCapacity)
511   {
512     this(initialCapacity, DEFAULT_LOAD_FACTOR);
513   }
514
515   /**
516    * Creates a new weak hash map with the given initial capacity and
517    * load factor.
518    * @param initialCapacity the initial capacity.
519    * @param loadFactor the load factor (see class description of HashMap).
520    * @throws IllegalArgumentException if initialCapacity is negative, or
521    *         loadFactor is non-positive
522    */
523   public WeakIdentityHashMap(int initialCapacity, float loadFactor)
524   {
525     // Check loadFactor for NaN as well.
526     if (initialCapacity < 0 || ! (loadFactor > 0))
527       throw new IllegalArgumentException();
528     if (initialCapacity == 0)
529       initialCapacity = 1;
530     this.loadFactor = loadFactor;
531     threshold = (int) (initialCapacity * loadFactor);
532     theEntrySet = new WeakEntrySet();
533     queue = new ReferenceQueue();
534     buckets = new WeakBucket[initialCapacity];
535   }
536
537   /**
538    * Construct a new WeakIdentityHashMap with the same mappings as the given map.
539    * The WeakIdentityHashMap has a default load factor of 0.75.
540    *
541    * @param m the map to copy
542    * @throws NullPointerException if m is null
543    * @since 1.3
544    */
545   public WeakIdentityHashMap(Map m)
546   {
547     this(m.size(), DEFAULT_LOAD_FACTOR);
548     putAll(m);
549   }
550
551   /**
552    * Simply hashes a non-null Object to its array index.
553    * @param key the key to hash
554    * @return its slot number
555    */
556   private int hash(Object key)
557   {
558     return Math.abs(System.identityHashCode(key) % buckets.length);
559   }
560
561   /**
562    * Cleans the reference queue.  This will poll all references (which
563    * are WeakBuckets) from the queue and remove them from this map.
564    * This will not change modCount, even if it modifies the map.  The
565    * iterators have to make sure that nothing bad happens.  <br>
566    *
567    * Currently the iterator maintains a strong reference to the key, so
568    * that is no problem.
569    */
570   // Package visible for use by nested classes.
571   void cleanQueue()
572   {
573     Object bucket = queue.poll();
574     while (bucket != null)
575       {
576         internalRemove((WeakBucket) bucket);
577         bucket = queue.poll();
578       }
579   }
580
581   /**
582    * Rehashes this hashtable.  This will be called by the
583    * <code>add()</code> method if the size grows beyond the threshold.
584    * It will grow the bucket size at least by factor two and allocates
585    * new buckets.
586    */
587   private void rehash()
588   {
589     WeakBucket[] oldBuckets = buckets;
590     int newsize = buckets.length * 2 + 1; // XXX should be prime.
591     threshold = (int) (newsize * loadFactor);
592     buckets = new WeakBucket[newsize];
593
594     // Now we have to insert the buckets again.
595     for (int i = 0; i < oldBuckets.length; i++)
596       {
597         WeakBucket bucket = oldBuckets[i];
598         WeakBucket nextBucket;
599         while (bucket != null)
600           {
601             nextBucket = bucket.next;
602
603             Object key = bucket.get();
604             if (key == null)
605               {
606                 // This bucket should be removed; it is probably
607                 // already on the reference queue.  We don't insert it
608                 // at all, and mark it as cleared.
609                 bucket.slot = -1;
610                 size--;
611               }
612             else
613               {
614                 // Add this bucket to its new slot.
615                 int slot = hash(key);
616                 bucket.slot = slot;
617                 bucket.next = buckets[slot];
618                 buckets[slot] = bucket;
619               }
620             bucket = nextBucket;
621           }
622       }
623   }
624
625   /**
626    * Finds the entry corresponding to key.  Since it returns an Entry
627    * it will also prevent the key from being removed under us.
628    * @param key the key, may be null
629    * @return The WeakBucket.WeakEntry or null, if the key wasn't found.
630    */
631   private WeakBucket.WeakEntry internalGet(Object key)
632   {
633     if (key == null)
634       key = NULL_KEY;
635     int slot = hash(key);
636     WeakBucket bucket = buckets[slot];
637     while (bucket != null)
638       {
639         WeakBucket.WeakEntry entry = bucket.getEntry();
640         if (entry != null && key == entry.key)
641           return entry;
642
643         bucket = bucket.next;
644       }
645     return null;
646   }
647
648   /**
649    * Adds a new key/value pair to the hash map.
650    * @param key the key. This mustn't exists in the map. It may be null.
651    * @param value the value.
652    */
653   private void internalAdd(Object key, Object value)
654   {
655     if (key == null)
656       key = NULL_KEY;
657     int slot = hash(key);
658     WeakBucket bucket = new WeakBucket(key, queue, value, slot);
659     bucket.next = buckets[slot];
660     buckets[slot] = bucket;
661     size++;
662   }
663
664   /**
665    * Removes a bucket from this hash map, if it wasn't removed before
666    * (e.g. one time through rehashing and one time through reference queue).
667    * Package visible for use in nested classes.
668    *
669    * @param bucket the bucket to remove.
670    */
671   void internalRemove(WeakBucket bucket)
672   {
673     int slot = bucket.slot;
674     if (slot == -1)
675       // This bucket was already removed.
676       return;
677
678     // Mark the bucket as removed.  This is necessary, since the
679     // bucket may be enqueued later by the garbage collection, and
680     // internalRemove will be called a second time.
681     bucket.slot = -1;
682
683     WeakBucket prev = null;
684     WeakBucket next = buckets[slot];
685     while (next != bucket)
686       {
687          if (next == null)
688             throw new InternalError("WeakIdentityHashMap in inconsistent state");
689          prev = next;
690          next = prev.next;
691       }
692     if (prev == null)
693       buckets[slot] = bucket.next;
694     else
695       prev.next = bucket.next;
696
697     size--;
698   }
699
700   /**
701    * Returns the size of this hash map.  Note that the size() may shrink
702    * spontaneously, if the some of the keys were only weakly reachable.
703    * @return the number of entries in this hash map.
704    */
705   public int size()
706   {
707     cleanQueue();
708     return size;
709   }
710
711   /**
712    * Tells if the map is empty.  Note that the result may change
713    * spontanously, if all of the keys were only weakly reachable.
714    * @return true, iff the map is empty.
715    */
716   public boolean isEmpty()
717   {
718     cleanQueue();
719     return size == 0;
720   }
721
722   /**
723    * Tells if the map contains the given key.  Note that the result
724    * may change spontanously, if the key was only weakly
725    * reachable.
726    * @param key the key to look for
727    * @return true, iff the map contains an entry for the given key.
728    */
729   public boolean containsKey(Object key)
730   {
731     cleanQueue();
732     return internalGet(key) != null;
733   }
734
735   /**
736    * Gets the value the key is mapped to.
737    * @return the value the key was mapped to.  It returns null if
738    *         the key wasn't in this map, or if the mapped value was
739    *         explicitly set to null.
740    */
741   public Object get(Object key)
742   {
743     cleanQueue();
744     WeakBucket.WeakEntry entry = internalGet(key);
745     return entry == null ? null : entry.getValue();
746   }
747
748   /**
749    * Adds a new key/value mapping to this map.
750    * @param key the key, may be null
751    * @param value the value, may be null
752    * @return the value the key was mapped to previously.  It returns
753    *         null if the key wasn't in this map, or if the mapped value
754    *         was explicitly set to null.
755    */
756   public Object put(Object key, Object value)
757   {
758     cleanQueue();
759     WeakBucket.WeakEntry entry = internalGet(key);
760     if (entry != null)
761       return entry.setValue(value);
762
763     modCount++;
764     if (size >= threshold)
765       rehash();
766
767     internalAdd(key, value);
768     return null;
769   }
770
771   /**
772    * Removes the key and the corresponding value from this map.
773    * @param key the key. This may be null.
774    * @return the value the key was mapped to previously.  It returns
775    *         null if the key wasn't in this map, or if the mapped value was
776    *         explicitly set to null.
777    */
778   public Object remove(Object key)
779   {
780     cleanQueue();
781     WeakBucket.WeakEntry entry = internalGet(key);
782     if (entry == null)
783       return null;
784
785     modCount++;
786     internalRemove(entry.getBucket());
787     return entry.getValue();
788   }
789
790   /**
791    * Returns a set representation of the entries in this map.  This
792    * set will not have strong references to the keys, so they can be
793    * silently removed.  The returned set has therefore the same
794    * strange behaviour (shrinking size(), disappearing entries) as
795    * this weak hash map.
796    * @return a set representation of the entries.
797    */
798   public Set entrySet()
799   {
800     cleanQueue();
801     return theEntrySet;
802   }
803
804   /**
805    * Clears all entries from this map.
806    */
807   public void clear()
808   {
809     super.clear();
810   }
811
812   /**
813    * Returns true if the map contains at least one key which points to
814    * the specified object as a value.  Note that the result
815    * may change spontanously, if its key was only weakly reachable.
816    * @param value the value to search for
817    * @return true if it is found in the set.
818    */
819   public boolean containsValue(Object value)
820   {
821     cleanQueue();
822     return super.containsValue(value);
823   }
824
825   /**
826    * Returns a set representation of the keys in this map.  This
827    * set will not have strong references to the keys, so they can be
828    * silently removed.  The returned set has therefore the same
829    * strange behaviour (shrinking size(), disappearing entries) as
830    * this weak hash map.
831    * @return a set representation of the keys.
832    */
833   public Set keySet()
834   {
835     cleanQueue();
836     return super.keySet();
837   }
838
839   /**
840    * Puts all of the mappings from the given map into this one. If the
841    * key already exists in this map, its value is replaced.
842    * @param m the map to copy in
843    */
844   public void putAll(Map m)
845   {
846     super.putAll(m);
847   }
848
849   /**
850    * Returns a collection representation of the values in this map.  This
851    * collection will not have strong references to the keys, so mappings
852    * can be silently removed.  The returned collection has therefore the same
853    * strange behaviour (shrinking size(), disappearing entries) as
854    * this weak hash map.
855    * @return a collection representation of the values.
856    */
857   public Collection values()
858   {
859     cleanQueue();
860     return super.values();
861   }
862 } // class WeakIdentityHashMap