Java 强引用、弱引用、软引用和虚引用

coderxdh
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写在前面

  • 文章是在前人的基础上进行总结整理再加上自己的一点理解，仅作为自己学习的记录，不作任何商业用途！
  • 如果在文章中发现错误或者侵权问题，欢迎指出，谢谢！

前言

  • Java执行GC判断对象是否存活有两种方式其中一种是引用计数
    • 引用计数：Java 堆中每一个对象都有一个引用计数属性，引用每新增 1 次计数加 1，引用每释放 1 次计数减 1
  • 对象的引用被划分为 4 种级别，从而使程序能更加灵活地控制对象的生命周期，这4种级别由高到低依次为：强引用、软引用、弱引用、虚引用

强引用（StrongReference）

  • 强引用是使用最普遍的引用。如果一个对象具有强引用，那垃圾回收器绝不会回收它

    Object strongReference = new Object();

  • 当内存空间不足时，Java 虚拟机宁愿抛出OutOfMemoryError错误，使程序异常终止，也不会靠随意回收具有强引用的对象来解决内存不足的问题

  • 如果强引用对象不使用时，需要弱化从而使 GC 能够回收，如下

    strongReference = null;

  • 显式地设置strongReference对象为null，或让其超出对象的生命周期范围，则GC认为该对象不存在引用，这时就可以回收这个对象。具体什么时候收集这要取决于GC算法

  • 如果这个strongReference是局部变量时

    • 即在一个方法的内部有一个强引用，这个引用保存在Java栈中，而真正的引用内容(Object)保存在Java堆中
    • 当这个方法运行完成后，就会退出方法栈，则引用对象的引用数为0，这个对象会被回收

  • 如果这个strongReference是全局变量时

    • 就需要在不用这个对象时赋值为null，因为强引用不会被垃圾回收

软引用（SoftReference）

  • 如果一个对象只具有软引用，则内存空间充足时，垃圾回收器就不会回收它；如果内存空间不足了，就会回收这些对象的内存。只要垃圾回收器没有回收它，该对象就可以被程序使用

    // 强引用
String strongReference = new String("abc");

// 软引用
String str = new String("abc");
SoftReference<String> softReference = new SoftReference<String>(str);

  • 软引用可以和一个引用队列(ReferenceQueue)联合使用。如果软引用所引用对象被垃圾回收，JAVA虚拟机就会把这个软引用加入到与之关联的引用队列中

    ReferenceQueue<String> referenceQueue = new ReferenceQueue<>();
String str = new String("abc");
SoftReference<String> softReference = new SoftReference<>(str, referenceQueue);

str = null;
// Notify GC
System.gc();

System.out.println(softReference.get()); // abc

Reference<? extends String> reference = referenceQueue.poll();
System.out.println(reference); //null

  • 垃圾收集线程会在虚拟机抛出OutOfMemoryError之前回收软引用对象，而且虚拟机会尽可能优先回收长时间闲置不用的软引用对象。对那些刚构建的或刚使用过的 “较新的” 软对象会被虚拟机尽可能保留，这就是引入引用队列ReferenceQueue的原因

  • 应用场景

    • 浏览器的后退按钮。按后退时，这个后退时显示的网页内容是重新进行请求还是从缓存中取出呢？，可分为下面两种策略
      • 如果一个网页在浏览结束时就进行内容的回收，则按后退查看前面浏览过的页面时，需要重新构建
      • 如果将浏览过的网页存储到内存中会造成内存的大量浪费，甚至会造成内存溢出
    • 上面两种策略造成的问题可以使用软引用来解决 
      // 获取浏览器对象进行浏览
Browser browser = new Browser();
// 从后台程序加载浏览页面
BrowserPage page = browser.getPage();
// 将浏览完毕的页面置为软引用
SoftReference softReference = new SoftReference(page);

// 回退或者再次浏览此页面时
if(softReference.get() != null) {
    // 内存充足，还没有被回收器回收，直接获取缓存
    page = softReference.get();
} else {
    // 内存不足，软引用的对象已经回收
    page = browser.getPage();
    // 重新构建软引用
    softReference = new SoftReference(page);
}

弱引用（WeakReference）

  • 弱引用与软引用的区别在于：只具有弱引用的对象拥有更短暂的生命周期

  • 在垃圾回收器线程扫描它所管辖的内存区域的过程中，一旦发现了只具有弱引用的对象，不管当前内存空间足够与否，都会回收它的内存

    String str = new String("abc");
WeakReference<String> weakReference = new WeakReference<>(str);
str = null;

  • 下面的代码可以让弱引用重新变成强引用

    String str = new String("abc");
WeakReference<String> weakReference = new WeakReference<>(str);
// 弱引用转强引用
String strongReference = weakReference.get();

  • 弱引用可以和一个引用队列(ReferenceQueue)联合使用，如果弱引用所引用的对象被垃圾回收，Java虚拟机就会把这个弱引用加入到与之关联的引用队列中

  • 应用场景

    • 弱引用在很多地方都有用到，比如 ThreadLocal、WeakHashMap

虚引用（PhantomReference）

  • 虚引用并不会决定对象的生命周期。如果一个对象仅持有虚引用，那么它就和没有任何引用一样，在任何时候都可能被垃圾回收器回收
  • 虚引用与软引用和弱引用的一个区别在于：虚引用必须和引用队列(ReferenceQueue)联合使用。当垃圾回收器准备回收一个对象时，如果发现它还有虚引用，就会在回收对象的内存之前，把这个虚引用加入到与之关联的引用队列中，以通知应用程序对象的回收情况 
    // 包装虚引用对象
ReferenceQueue queue = new Reference();
PhantomReference<String> pr = new PhantomReference<>(new String("hello lwx"),queue);

// 进行垃圾回收
System.gc();

// 从队列中获取被回收的虚引用
String str = queue.remove();
if(str != null){
    System.out.println("虚引用对象被回收");
}

总结

引用类型被垃圾回收时间用途生存时间
强引用从来不会对象的一般状态JVM停止运行时终止
软引用当内存不足时对象缓存内存不足时终止
弱引用正常垃圾回收时对象缓存垃圾回收后终止
虚引用正常垃圾回收时跟踪对象的垃圾回收垃圾回收后终止

参考与感谢

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