介紹

Java中提供了四種引用類型埠褪，分別如下：

• StrongReference（強(qiáng)引用）
• SoftReference（軟引用）
• WeakReference（弱引用）
• PhantomReference（虛引用）

其中StrongReference是包權(quán)限無法使用浓利，其它三種引用類型都是公共的可以在應(yīng)用中使用，下面是Reference的類結(jié)構(gòu)钞速。

image.png

StrongReference

Java中的強(qiáng)引用其實(shí)就是new對(duì)象贷掖，可以通過引用操作堆中的對(duì)象（和C中的指針類似），例如：

StringBuffer buffer = new StringBuffer("HelloWorld!");

變量buffer指向StringBuffer所在的堆空間渴语，通過buffer來進(jìn)行操作苹威。

image.png

StrongReference的特性

1.可以直接訪問目標(biāo)對(duì)象；
2.指向的對(duì)象不會(huì)被GC回收??遵班，當(dāng)JVM內(nèi)存不足時(shí)會(huì)拋出OOM異常終端程序屠升；
3.基于上面第2點(diǎn)，當(dāng)其它需要釋放的代碼塊持StrongReference會(huì)造成內(nèi)存泄露狭郑；

SoftReference

SoftReference即軟引用腹暖，當(dāng)JVM堆空間使用率到達(dá)閾值的時(shí)候會(huì)觸發(fā)GC回收，我們可以用它來實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)存敏感的緩存翰萨，SoftReference的特性是可以保留對(duì)Java對(duì)象軟引用的實(shí)例脏答，軟引用的實(shí)例并不會(huì)阻止GC進(jìn)行回收，在GC線程進(jìn)行回收之前我們可以通過它的get方法獲取到對(duì)象的強(qiáng)引用亩鬼，一旦對(duì)象被GC回收后get方法將返回null殖告。

下面我們通過代碼來實(shí)踐，通過設(shè)置JVM堆內(nèi)存大小為2M來模擬：

java -Xms2M -Xmx2M -verbose:gc -XX:+PrintGCDetails [class文件]

• -Xms2M
  堆大小固定為2M
• -verbose:gc
  輸出虛擬機(jī)中GC的詳細(xì)情況
• -XX:+PrintGCDetails
  在控制臺(tái)上打印出GC具體細(xì)節(jié)

    public static void testSoftRef() {
        SoftReference<byte[]> softRef1 = new SoftReference<>(new byte[1024 * 300]);
        SoftReference<byte[]> softRef2 = new SoftReference<>(new byte[1024 * 300]);
        SoftReference<byte[]> softRef3 = new SoftReference<>(new byte[1024 * 300]);
        SoftReference<byte[]> softRef4 = new SoftReference<>(new byte[1024 * 300]);
        SoftReference<byte[]> softRef5 = new SoftReference<>(new byte[1024 * 300]);

        System.out.println(softRef1.get());
        System.out.println(softRef2.get());
        System.out.println(softRef3.get());
        System.out.println(softRef4.get());
        System.out.println(softRef5.get());
    }

結(jié)果如下雳锋，我們可以看到上面分配的byte長度是超出年輕代大小的黄绩，當(dāng)內(nèi)存不足時(shí)的確觸發(fā)了GC進(jìn)行回收，正如上面所說的那樣玷过。

[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 510K->320K(1024K)] 510K->320K(1536K), 0.0037082 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 825K->432K(1024K)] 825K->432K(1536K), 0.0016384 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 942K->496K(1024K)] 942K->512K(1536K), 0.0113468 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.01 secs] 
[GC (Allocation Failure) --[PSYoungGen: 984K->984K(1024K)] 1300K->1493K(1536K), 0.0014734 secs] [Times: user=0.00 sys=0.01, real=0.00 secs] 
[Full GC (Ergonomics) [PSYoungGen: 984K->34K(1024K)] [ParOldGen: 509K->493K(512K)] 1493K->527K(1536K), [Metaspace: 3282K->3282K(1056768K)], 0.0131428 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.02 secs] 
[Full GC (Ergonomics) [PSYoungGen: 334K->334K(1024K)] [ParOldGen: 493K->492K(512K)] 827K->827K(1536K), [Metaspace: 3282K->3282K(1056768K)], 0.0106514 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs] 
[Full GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 334K->0K(1024K)] [ParOldGen: 492K->397K(512K)] 827K->397K(1536K), [Metaspace: 3282K->3282K(1056768K)], 0.0042212 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 300K->332K(1024K)] 697K->729K(1536K), 0.0002648 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
null
null
null
[B@610455d6
[B@511d50c0
Heap
 PSYoungGen      total 1024K, used 646K [0x00000007bfe80000, 0x00000007c0000000, 0x00000007c0000000)
  eden space 512K, 61% used [0x00000007bfe80000,0x00000007bfecea50,0x00000007bff00000)
  from space 512K, 64% used [0x00000007bff80000,0x00000007bffd3010,0x00000007c0000000)
  to   space 512K, 0% used [0x00000007bff00000,0x00000007bff00000,0x00000007bff80000)
 ParOldGen       total 512K, used 397K [0x00000007bfe00000, 0x00000007bfe80000, 0x00000007bfe80000)
  object space 512K, 77% used [0x00000007bfe00000,0x00000007bfe63570,0x00000007bfe80000)
 Metaspace       used 3291K, capacity 4500K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 363K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K

引用隊(duì)列（ReferenceQueue）

在很多場景下爽丹，我們的程序需要在一個(gè)對(duì)象的可達(dá)性（是否已經(jīng)被GC回收）發(fā)生變化時(shí)得到通知筑煮，引用隊(duì)列就是用于收集這些信息的隊(duì)列。在創(chuàng)建SoftReference對(duì)象時(shí)粤蝎，可以為其關(guān)聯(lián)一個(gè)引用隊(duì)列真仲，當(dāng)SoftReference所引用的對(duì)象被GC回收時(shí)，Java虛擬機(jī)就會(huì)將該SoftReference對(duì)象添加到與之關(guān)聯(lián)的引用隊(duì)列中初澎。當(dāng)需要檢測這些通知信息時(shí)秸应，就可以從引用隊(duì)列中獲取這些SoftReference對(duì)象。不僅是SoftReference碑宴，下面介紹的弱引用和虛引用都可以關(guān)聯(lián)相應(yīng)的隊(duì)列软啼。

WeakReference

WeakReference即弱引用，當(dāng)觸發(fā)GC時(shí)延柠，無論JVM堆內(nèi)存是否足夠?qū)ο蠖紩?huì)被回收焰宣，下面進(jìn)行測試：

    public static void testWeakRef() {
        byte[] buffer = new byte[1024 * 500];
        WeakReference<byte[]> weakReference = new WeakReference<>(buffer);
        System.out.println("GC前：" + weakReference.get());
        buffer = null;
        //手動(dòng)觸發(fā)GC
        System.gc();
        System.out.println("GC后：" + weakReference.get());
    }

結(jié)果如下：

GC前：[B@610455d6
GC后：null

SoftReference和WeakReference都適用于保存可選的緩存數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)內(nèi)存不足時(shí)捕仔，將回收緩存的數(shù)據(jù)不會(huì)導(dǎo)致OOM，并且緩存也能存在很長一段時(shí)間盈罐。

PhantomReference

PhantomReference即虛引用榜跌，是所有類型中最弱的，它幾乎是沒有引用因?yàn)殡S時(shí)會(huì)被GC回收盅粪，當(dāng)調(diào)用它的get方法獲取強(qiáng)引用時(shí)始終都是返回null钓葫，它必須要和ReferenceQueue一起使用，用來跟蹤垃圾回收過程票顾。

當(dāng)GC要回收對(duì)象時(shí)础浮，如果發(fā)現(xiàn)PhantomReference后將進(jìn)行GC然后銷毀該對(duì)象，并將PhantomReference添加到ReferenceQueue中奠骄，判斷是否向ReferenceQueue添加了PhantomReference可以確定是否需要對(duì)引用的對(duì)象進(jìn)行回收豆同，如果ReferenceQueue中存在PhantomReference那么在回收引用對(duì)象之前可以進(jìn)行一些額外的操作。

    public static void testPhantomRef() {
        byte[] buffer = new byte[1024 * 500];
        ReferenceQueue<Object> referenceQueue = new ReferenceQueue<>();
        PhantomReference<byte[]> phantomReference = new PhantomReference<>(buffer,referenceQueue);
        buffer = null;
        System.out.println("GC前：" + phantomReference.get());
        System.gc();
        System.out.println("GC后：" + phantomReference.get());
    }

結(jié)果如下：

GC前：null
GC后：null

關(guān)于PhantomReference的get方法總是返回null含鳞。

    /**
     * Returns this reference object's referent.  Because the referent of a
     * phantom reference is always inaccessible, this method always returns
     * <code>null</code>.
     *
     * @return  <code>null</code>
     */
    public T get() {
        return null;
    }

WeakHashMap

顧名思義影锈，它和HashMap一樣都是實(shí)現(xiàn)了Map接口，只不過它使用的是WeakReference作為存儲(chǔ)蝉绷，WeakHashMap是典型的弱引用例子鸭廷。

Entry弱引用key，強(qiáng)引用value熔吗；當(dāng)不再由強(qiáng)引用指向key時(shí)辆床，則key可以被垃圾回收，當(dāng)key被垃圾回收之后桅狠，對(duì)應(yīng)的Entry對(duì)象會(huì)被Java虛擬機(jī)加入到其關(guān)聯(lián)的隊(duì)列中讼载。當(dāng)應(yīng)用程序下次操作WeakHashMap時(shí)轿秧，例如對(duì)WeakHashMap的擴(kuò)容操作，就會(huì)遍歷關(guān)聯(lián)的引用隊(duì)列维雇，將其中的Entry對(duì)象從WeakHashMap中刪除淤刃。

public class WeakHashMap<K,V>
    extends AbstractMap<K,V>
    implements Map<K,V> {}

private static class Entry<K,V> extends WeakReference<Object> implements Map.Entry<K,V> {}

需要注意的是如果WeakHashMap的key在系統(tǒng)中是StrongReference強(qiáng)引用的, 那么WeakHashMap將退化為一個(gè)普通的HashMap，因?yàn)樗荒鼙籊C回收吱型。

image.png

參考資料

再談四種引用狀態(tài)

常用JVM命令參數(shù)

Do You Really Know the 4 Reference Types in Java?