引用

引用

定義

• 傳統(tǒng)定義

  • 如果reference類型的數(shù)據(jù)中存儲的數(shù)值代表的是另外一塊內(nèi)存的起始地址怜奖，就稱該reference數(shù)據(jù)是代表某塊內(nèi)存我碟、某個對象的引用霹陡。
  • 狹隘性：
    • 這種定義并沒有什么不對，只是現(xiàn)在看來有些過于狹隘了双藕，一個對象在這種定義下只有<font color=red>“被引用”</font>或者<font color=red>“未被引用”</font>兩種狀態(tài)淑趾，對于描述一些“食之無味，棄之可惜”的對象就顯得無能為力忧陪。
      • 比如：我們希望能描述一類對象：當(dāng)內(nèi)存空間還足夠時扣泊，能保留在內(nèi)存之中，如果內(nèi)存空間在進(jìn)行垃圾收集后仍然非常緊張嘶摊，那就可以拋棄這些對象——很多系統(tǒng)的緩存功能都符合這樣的應(yīng)用場景延蟹。

• 在JDK 1.2版之后，Java對引用的概念進(jìn)行了擴(kuò)充叶堆，將引用分為

  • 強(qiáng)引用（Strongly Re-ference）阱飘、軟引用（Soft Reference）、弱引用（Weak Reference）和虛引用（Phantom Reference）4種虱颗，這4種引用強(qiáng)度依次逐漸減弱

四種引用介紹

強(qiáng)引用：只要引用關(guān)系存在沥匈，永不回收

• 介紹
  • 當(dāng)在Java語言中使用new操作符創(chuàng)建一個新的對象， 并將其賦值給一個變量的時候忘渔，這個變量就成為指向該對象的一個強(qiáng)引用高帖。
• 特點
  • <font color=red>無論任何情況下，只要強(qiáng)引用關(guān)系還存在畦粮，垃圾收集器就永遠(yuǎn)不會回收掉被引用的對象,所以強(qiáng)引用容易造成內(nèi)存泄漏</font>散址。
• 回收條件
  • 對于一一個普通的對象，如果沒有其他的引用關(guān)系锈玉，只要<font color=red>超過了引用的作用域</font>或者<font color=red>顯式地將相應(yīng)（強(qiáng)）引用賦值為null</font>爪飘，就是可以當(dāng)做垃圾被收集了，當(dāng)然具體回收時機(jī)還是要看垃圾收集策略拉背。

軟引用：內(nèi)存不足即回收

• 介紹
  • 軟引用是用來描述一些還有用师崎，但非必須的對象。
• 回收時機(jī)
  • 被軟引用關(guān)聯(lián)著的對象椅棺，在<font color=red>系統(tǒng)將要發(fā)生內(nèi)存溢出異常前</font>犁罩，會把這些對象列進(jìn)回收范圍之中進(jìn)行第二次回收，如果這次回收還沒有足夠的內(nèi)存两疚，才會拋出內(nèi)存溢出異常床估。
• 用途
  • 緩存
    • 如果還有空閑內(nèi)存，就可以暫時保留緩存诱渤，當(dāng)內(nèi)存不足時清理掉丐巫，這樣就保證了使用緩存的同時，不會耗盡內(nèi)存。
• 用途
  • 當(dāng)內(nèi)存足夠時: 不會回收軟引用的可達(dá)對象递胧。
  • 當(dāng)內(nèi)存不夠時: 會回收軟引用的可達(dá)對象碑韵。

使用范式

Object obj = new object（）;/聲明強(qiáng)引用
SoftReference<0bject> sf = new SoftReference<0bject>（obj）;
obj = null;//銷毀強(qiáng)引用

例子

/**
 * 軟引用的測試：內(nèi)存不足即回收
 * -Xms10m -Xmx10m -XX:+PrintGCDetails
 */
public class SoftReferenceTest {
    public static class User {
        public User(int id, String name) {
            this.id = id;
            this.name = name;
        }

        public int id;
        public String name;

        @Override
        public String toString() {
            return "[id=" + id + ", name=" + name + "] ";
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        //創(chuàng)建對象，建立軟引用
//        SoftReference<User> userSoftRef = new SoftReference<User>(new User(1, "songhk"));
        //上面的一行代碼缎脾，等價于如下的三行代碼
        User u1 = new User(1,"songhk");
        SoftReference<User> userSoftRef = new SoftReference<User>(u1);
        u1 = null;//取消強(qiáng)引用


        //從軟引用中重新獲得強(qiáng)引用對象
        System.out.println(userSoftRef.get());

        System.gc();
        System.out.println("After GC:");
//        //垃圾回收之后獲得軟引用中的對象
        System.out.println(userSoftRef.get());//由于堆空間內(nèi)存足夠祝闻，所有不會回收軟引用的可達(dá)對象。
//
        try {
            //讓系統(tǒng)認(rèn)為內(nèi)存資源緊張遗菠、不夠
//            byte[] b = new byte[1024 * 1024 * 7];
            byte[] b = new byte[1024 * 7168 - 399 * 1024];//恰好能放下數(shù)組又放不下u1的內(nèi)存分配大小 不會報OOM
        } catch (Throwable e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            //再次從軟引用中獲取數(shù)據(jù)
            System.out.println(userSoftRef.get());//在報OOM之前联喘，垃圾回收器會回收軟引用的可達(dá)對象。
        }
    }
}

弱引用：發(fā)現(xiàn)即回收

• 介紹
  • 弱引用也是用來描述那些非必須對象辙纬，但是它的強(qiáng)度比軟引用更弱一些豁遭，被弱引用關(guān)聯(lián)的對象只能生存到下一次垃圾收集發(fā)生為止。
• 回收時機(jī)
  • 當(dāng)垃圾收集器開始工作牲平，無論當(dāng)前內(nèi)存是否足夠堤框，都會回收掉只被弱引用關(guān)聯(lián)的對象域滥。
  • 但是纵柿，由于<font color=red>垃圾回收器的線程通常優(yōu)先級很低</font>，因此启绰，并不一 定能很快地發(fā)現(xiàn)持有弱引用的對象昂儒。在這種情況下，弱引用對象可以存在較長的時間委可。
• 用途
  • 軟引用渊跋、弱引用都非常適合來保存那些可有可無的緩存數(shù)據(jù)。
  • 如果這么做着倾，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)存不足時拾酝，這些緩存數(shù)據(jù)會被回收，不會導(dǎo)致內(nèi)存溢出卡者。而當(dāng)內(nèi)存資源充足時蒿囤，這些緩存數(shù)據(jù)又可以存在相當(dāng)長的時間，從而起到加速系統(tǒng)的作用崇决。
• 弱引用和軟引用的區(qū)別
  • 當(dāng)GC在進(jìn)行回收時材诽，需要通過算法檢查是否回收軟引用對象，而對于弱引用對象恒傻，GC總是進(jìn)行回收脸侥。
  • 弱引用對象更容易、更快被GC回收盈厘。

適用范式

Object obj = new object（）睁枕； //聲明強(qiáng)引用
WeakReference<0bject> sf = new WeakReference<0bject>（obj）；
obj = null； //銷毀強(qiáng)引用

例子

public class WeakReferenceTest {
    public static class User {
        public User(int id, String name) {
            this.id = id;
            this.name = name;
        }

        public int id;
        public String name;

        @Override
        public String toString() {
            return "[id=" + id + ", name=" + name + "] ";
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        //構(gòu)造了弱引用
        WeakReference<User> userWeakRef = new WeakReference<User>(new User(1, "songhk"));
        //從弱引用中重新獲取對象
        System.out.println(userWeakRef.get());

        System.gc();
        // 不管當(dāng)前內(nèi)存空間足夠與否外遇，都會回收它的內(nèi)存
        System.out.println("After GC:");
        //重新嘗試從弱引用中獲取對象
        System.out.println(userWeakRef.get());
    }
}

虛引用：對象回收跟蹤

• 介紹
  • 虛引用也稱為“幽靈引用”或者“幻影引用”拒逮，它是最弱的一種引用關(guān)系。
  • 一個對象是否有虛引用的存在臀规，完全不會對其生存時間構(gòu)成影響滩援，也無法通過虛引用來取得一個對象實例。為一個對象設(shè)置虛引用關(guān)聯(lián)的唯一目的只是為了能在這個對象被收集器回收時收到一個系統(tǒng)通知塔嬉。
• 特點
  • 它不能單獨使用玩徊，也無法通過虛引用來獲取被引用的對象。當(dāng)試圖通過虛引用的get()方法取得對象時谨究，總是null恩袱。
• 用途
  • 為一個對象設(shè)置虛引用關(guān)聯(lián)的唯一目的在于跟蹤垃圾回收過程。比如：能在這個對象被收集器回收時收到一個系統(tǒng)通知胶哲。
  • 由于虛引用可以跟蹤對象的回收時間畔塔，因此，也可以將一些資源釋放操作放置在虛引用中執(zhí)行和記錄鸯屿。
• 使用注意
  • 虛引用必須和引用隊列一起使用澈吨。
    • 虛引用在創(chuàng)建時必須提供一個引用隊列作為參數(shù)。
    • 當(dāng)垃圾回收器準(zhǔn)備回收一個對象時寄摆，如果發(fā)現(xiàn)它還有虛引用谅辣，就會在回收對象后，將這個虛引用加入引用隊列婶恼，以通知應(yīng)用程序?qū)ο蟮幕厥涨闆r桑阶。

使用范式

#在JDK 1. 2版之后提供了PhantomReference類來實現(xiàn)虛引用
object obj = new object();
ReferenceQueuephantomQueue = new ReferenceQueue();
PhantomReference<object> pf = new PhantomReference<object>(obj, phantomQueue); 
obj = null;

例子

public class PhantomReferenceTest {
    public static PhantomReferenceTest obj;//當(dāng)前類對象的聲明
    static ReferenceQueue<PhantomReferenceTest> phantomQueue = null;//引用隊列

    public static class CheckRefQueue extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            while (true) {
                if (phantomQueue != null) {
                    PhantomReference<PhantomReferenceTest> objt = null;
                    try {
                        objt = (PhantomReference<PhantomReferenceTest>) phantomQueue.remove();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    if (objt != null) {
                        System.out.println("追蹤垃圾回收過程：PhantomReferenceTest實例被GC了");
                    }
                }
            }
        }
    }

    @Override
    protected void finalize() throws Throwable { //finalize()方法只能被調(diào)用一次！
        super.finalize();
        System.out.println("調(diào)用當(dāng)前類的finalize()方法");
        obj = this;
    }

    public static void main(String[] args) {
        Thread t = new CheckRefQueue();
        t.setDaemon(true);//設(shè)置為守護(hù)線程：當(dāng)程序中沒有非守護(hù)線程時勾邦，守護(hù)線程也就執(zhí)行結(jié)束蚣录。
        t.start();

        phantomQueue = new ReferenceQueue<PhantomReferenceTest>();
        obj = new PhantomReferenceTest();
        //構(gòu)造了 PhantomReferenceTest 對象的虛引用，并指定了引用隊列
        PhantomReference<PhantomReferenceTest> phantomRef = new PhantomReference<PhantomReferenceTest>(obj, phantomQueue);

        try {
            //不可獲取虛引用中的對象
            System.out.println(phantomRef.get());

            //將強(qiáng)引用去除
            obj = null;
            //第一次進(jìn)行GC,由于對象可復(fù)活眷篇，GC無法回收該對象
            System.gc();
            Thread.sleep(1000);
            if (obj == null) {
                System.out.println("obj 是 null");
            } else {
                System.out.println("obj 可用");
            }
            System.out.println("第 2 次 gc");
            obj = null;
            System.gc(); //一旦將obj對象回收萎河，就會將此虛引用存放到引用隊列中。
            Thread.sleep(1000);
            if (obj == null) {
                System.out.println("obj 是 null");
            } else {
                System.out.println("obj 可用");
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

輸出

null
調(diào)用當(dāng)前類的finalize()方法
obj 可用
第 2 次 gc
追蹤垃圾回收過程：PhantomReferenceTest實例被GC了
obj 是 null

判定對象可以回收的依據(jù)

對象的finalization機(jī)制

• 介紹
  • Java語言提供了對象終止（finalization）機(jī)制來允許開發(fā)人員提供對象被銷毀之前的自定義處理邏輯铅歼。
• 特點
  • 垃圾回收此對象之前公壤，總會先調(diào)用這個對象的finalize（）方法。
  • finalize（）方法允許在子類中被重寫椎椰，用于<font color=red>在對象被回收時進(jìn)行資源釋放</font>厦幅。通常在這個方法中進(jìn)行一些資源釋放和清理的工作，比如關(guān)閉文件慨飘、套接字和數(shù)據(jù)庫連接等确憨。
  • 從功能上來說译荞，finalize（）方法與C++ 中的析構(gòu)函數(shù)比較相似，但是Java采用的是基于垃圾回收器的自動內(nèi)存管理機(jī)制休弃，所以finalize（）方法在本質(zhì)吞歼，上不同于C++ 中的析構(gòu)函數(shù)。
• 注意事項
  • java的使用者永遠(yuǎn)不要主動調(diào)用某個對象的finalize()方法塔猾，應(yīng)該交給垃圾回收機(jī)制調(diào)用篙骡。
  • 理由包括下面三點：
    • 在finalize（） 時可能會導(dǎo)致對象復(fù)活。
    • finalize（）方法的執(zhí)行時間是沒有保障的丈甸，它完全由Gc線程決定糯俗，極端情況下，若不發(fā)生GC睦擂，則finalize（） 方法將沒有執(zhí)行機(jī)會得湘。
    • 一個糟糕的finalize （）會嚴(yán)重影響GC的性能。

對象在虛擬機(jī)中的三種狀態(tài)

• 不是所有不可達(dá)對象都必須被回收
  • 如果從所有的根節(jié)點都無法訪問到某個對象顿仇，說明對象己經(jīng)不再使用了淘正。一般來說，此對象需要被回收臼闻。但事實上鸿吆，也并非是“非死不可”的，這時候它們暫時處于“緩刑”階段些阅。
• 由于finalize （）方法的存在伞剑，虛擬機(jī)中的對象一般處于三種可能的狀態(tài)
  • 一個無法觸及的對象有可能在某一個條件下“復(fù)活”自己斑唬，如果這樣市埋，那么對它的回收就是不合理的，為此恕刘，定義虛擬機(jī)中的對象可能的三種狀態(tài)缤谎。如下：
    • 可觸及的：從根節(jié)點開始，可以到達(dá)這個對象褐着。
    • 可復(fù)活的：對象的所有引用都被釋放坷澡，但是對象有可能在finalize（）中復(fù)活。
    • 不可觸及的：對象的finalize（）被調(diào)用過含蓉，并且沒有復(fù)活频敛，那么就會進(jìn)入不可觸及狀態(tài)。<font color=red>不可觸及的對象不可能被復(fù)活</font>馅扣，因為<font color=red>finalize（） 只會被調(diào)用一一次</font>斟赚。

判定是否可以回收具體過程

判定一個對象objA是否可回收，至少要經(jīng)歷兩次標(biāo)記過程：

• 如果對象objA到GC Roots沒有引用鏈差油，則進(jìn)行第一 次標(biāo)記拗军。
• 進(jìn)行篩選任洞，判斷此對象是否有必要執(zhí)行finalize（）方法
  • 如果對 象objA沒有重寫finalize（）方法，或者finalize （）方法已經(jīng)被虛擬機(jī)調(diào)用過交掏，則虛擬機(jī)視為“沒有必要執(zhí)行”刃鳄，objA被判定為不可觸及的。
  • 如果對象objA重寫了finalize（）方法叔锐，且還未執(zhí)行過熊尉，那么objA會被插入到F一Queue隊列中，由一個虛擬機(jī)自動創(chuàng)建的狰住、低優(yōu)先級的Finalizer線程觸發(fā)其finalize（）方法執(zhí)行齿梁。
  • <font color=red>finalize（）方法是對象逃脫死亡的最后機(jī)會</font>催植，稍后Gc會對F一Queue隊列中的對象進(jìn)行第二次標(biāo)記。
    • 如果objA在finalize（）方法中與引用鏈上的任何一個對象建立了聯(lián)系勺择，那么在第二次標(biāo)記時创南，objA會被移出“即將回收”集合省核。
    • 之后，對象會再次出現(xiàn)沒有引用存在的情況邻储，在這個情況下旧噪，finalize方法不會被再次調(diào)用，對象會直接變成不可觸及的狀態(tài)宦赠，也就是說米母，<font color=red>一個對象的finalize方法只會被調(diào)用一次</font>。

對象自我拯救的例子

/**
 * 測試Object類中finalize()方法妙色，即對象的finalization機(jī)制精拟。
 *
 */
public class CanReliveObj {
    public static CanReliveObj obj;//類變量虱歪，屬于 GC Root


    //此方法只能被調(diào)用一次
    @Override
    protected void finalize() throws Throwable {
        super.finalize();
        System.out.println("調(diào)用當(dāng)前類重寫的finalize()方法");
        obj = this;//當(dāng)前待回收的對象在finalize()方法中與引用鏈上的一個對象obj建立了聯(lián)系
    }


    public static void main(String[] args) {
        try {
            obj = new CanReliveObj();
            // 對象第一次成功拯救自己
            obj = null;
            System.gc();//調(diào)用垃圾回收器
            System.out.println("第1次 gc");
            // 因為Finalizer線程優(yōu)先級很低笋鄙，暫停2秒怪瓶，以等待它
            Thread.sleep(2000);
            if (obj == null) {
                System.out.println("obj is dead");
            } else {
                System.out.println("obj is still alive");
            }
            System.out.println("第2次 gc");
            // 下面這段代碼與上面的完全相同，但是這次自救卻失敗了
            obj = null;
            System.gc();
            // 因為Finalizer線程優(yōu)先級很低洗贰，暫停2秒，以等待它
            Thread.sleep(2000);
            if (obj == null) {
                System.out.println("obj is dead");
            } else {
                System.out.println("obj is still alive");
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

輸出

第1次 gc
調(diào)用當(dāng)前類重寫的finalize()方法
obj is still alive
第2次 gc
obj is dead

回收方法區(qū)

• 介紹
  • 有些人認(rèn)為方法區(qū)（如HotSpot虛擬機(jī)中的元空間或者永久代）是沒有垃圾收集行為的许布，《Java虛擬機(jī)規(guī)范》中提到過可以不要求虛擬機(jī)在方法區(qū)中實現(xiàn)垃圾收集绎晃，事實上也確實有未實現(xiàn)或未能完整實現(xiàn)方法區(qū)類型卸載的收集器存在（如JDK 11時期的ZGC收集器就不支持類卸載）
• 特點：方法區(qū)垃圾收集的“性價比”通常也是比較低的
  • 在Java堆中，尤其是在新生代中袁余，對常規(guī)應(yīng)用進(jìn)行一次垃圾收集通吃圩幔可以回收70%至99%的內(nèi)存空間，相比之下掩完，方法區(qū)回收因為苛刻的判定條件积暖，其區(qū)域垃圾收集的回收成果往往遠(yuǎn)低于此。
• 主要回收的兩部分：
  • 廢棄的常量
    • 回收廢棄常量與回收J(rèn)ava堆中的對象非常類似。
    • 舉個常量池中字面量回收的例子
      • 假如一個字符串“java”曾經(jīng)進(jìn)入常量池中遍愿，但是當(dāng)前系統(tǒng)又沒有任何一個字符串對象的值是“java”耘斩，換句話說，已經(jīng)沒有任何字符串對象引用常量池中的“java”常量坞笙，且虛擬機(jī)中也沒有其他地方引用這個字面量。如果在這時發(fā)生內(nèi)存回收籍茧，而且垃圾收集器判斷確有必要的話梯澜，這個“java”常量就將會被系統(tǒng)清理出常量池。
  • 不再使用的類型
    • 判定一個常量是否“廢棄”還是相對簡單吮龄，而要判定一個類型是否屬于“不再被使用的類”的條件就比較苛刻了咆疗。需要同時滿足下面三個條件：
      • 該類所有的實例都已經(jīng)被回收，也就是Java堆中不存在該類及其任何派生子類的實例胰默。
      • 加載該類的類加載器已經(jīng)被回收漓踢，這個條件除非是經(jīng)過精心設(shè)計的可替換類加載器的場景，如OSGi奴迅、JSP的重加載等挺据，否則通常是很難達(dá)成的。
      • 該類對應(yīng)的java.lang.Class對象沒有在任何地方被引用暇检，無法在任何地方通過反射訪問該類的方法婉称。
    • Java虛擬機(jī)被允許對滿足上述三個條件的無用類進(jìn)行回收王暗，這里說的僅僅是“被允許”，而并不是和對象一樣俗壹，沒有引用了就必然會回收绷雏。
    • 關(guān)于是否要對類型進(jìn)行回收虛擬機(jī)提供參數(shù)控制
      • HotSpot虛擬機(jī)提供了-Xnoclassgc參數(shù)進(jìn)行控制
      • 還可以使用-verbose：class以及-XX：+TraceClass-Loading怖亭、-XX：+TraceClassUnLoading查看類加載和卸載信息
        • 其中-verbose：class和-XX：+TraceClassLoading可以在Product版的虛擬機(jī)中使用坤检，-XX：+TraceClassUnLoading參數(shù)需要FastDebug版的虛擬機(jī)支持。
• 回收方法區(qū)的必要性
  • 在大量使用反射峭跳、動態(tài)代理缺前、CGLib等字節(jié)碼框架衅码，動態(tài)生成JSP以及OSGi這類頻繁自定義類加載器的場景中，通常都需要Java虛擬機(jī)具備類型卸載的能力逝段，以保證不會對方法區(qū)造成過大的內(nèi)存壓力奶躯。