Java中的强引用，软引用，弱引用和虚引用

红白机
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从JDK 1.2版本开始，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、弱引用和虚引用，这四种引用的强度依次减弱。

Java中提供这四种引用类型主要有两个目的：

  • 第一是可以让程序员通过代码的方式决定某些对象的生命周期；
  • 第二是有利于JVM进行垃圾回收。

强引用

核心绝不回收

强引用是最为普遍，最为常见的一种引用，我们写的代码绝大部分是强引用。

 Object o = new Object();

强引用是Java程序中最常见的引用类型，强引用所指向的对象在任何时候都不会被系统回收，虚拟机宁愿抛出OOM异常，也不会回收强引用所指向对象

当强引用和对象之间的关联被中断了，就可以被回收了，将对象赋值为null

 public class Student {
     @Override
     protected void finalize() throws Throwable {
         System.out.println("Student");
     }
 ​
     public static void main(String[] args) {
         Student student = new Student();
         student = null;
         System.gc();
     }
 }

运行结果：Student

说明当对象被赋值为 null 之后，就会被当作垃圾回收（实际开发中不可重写 finalize() 方法）

比如ArraryList类的clear方法中就是通过将引用赋值为null来实现清理工作的

 public void clear() {
       modCount++;
  
       // Let gc do its work
       for (int i = 0; i < size; i++)
           elementData[i] = null;
  
       size = 0;
 }

在ArrayList类中定义了一个私有的变量elementData数组，在调用 clear() 方法清空数组时可以看到为每个数组内容赋值为null。

如果直接 elementData = null，强引用仍然存在，在后续调用 add()等方法添加元素时会进行重新的内存分配。

使用如clear()方法中释放内存的方法对数组中存放的引用类型特别适用，这样就可以及时释放内存。

总结

  • Java程序中最常见的引用类型，强引用所指向的对象在任何时候都不会被系统回收，虚拟机宁愿抛出OOM异常，也不会回收强引用所指向对象
  • 在Java语言中使用new操作符创建一个新的对象，并将其赋值给一个变量的时候，这个变量就成为指向该对象的一个强引用
  • 只要强引用的对象是可触及的，垃圾收集器就永远不会回收掉被引用的对象。
  • 对于一个普通的对象，如果没有其他的引用关系，只要超过了引用的作用域或者显式地将相应（强）引用赋值为null，就是可以当做垃圾被收集了，当然具体回收时机还是要看垃圾收集策略
  • 软引用、弱引用和虚引用的对象是软可触及、弱可触及和虚可触及的，在一定条件下，都是可以被回收的。所以，强引用是造成Java内存泄漏的主要原因之一

软引用

核心：内存不足时回收

软引用是用来描述一些有用但并不是必需的对象，在Java中用java.lang.ref.SoftReference类来表示。

对于软引用关联着的对象，只有在内存不足的时候JVM才会回收该对象。

因此，这一点可以很好地用来解决OOM的问题，并且这个特性很适合用来实现缓存：比如网页缓存、图片缓存等。

 import java.lang.ref.SoftReference;
  
 public class SoftRef {  
  
     public static void main(String[] args){  
         System.out.println("start");            
         Obj obj = new Obj();            
         SoftReference<Obj> sr = new SoftReference<Obj>(obj);  
         obj = null;  
         System.out.println(sr.get());  
         System.out.println("end");     
     }       
 }  
  
 class Obj{  
     int[] obj ;  
     public Obj(){  
         obj = new int[1000];  
     }  
 }

image.png 当内存足够大时可以把数组存入软引用，取数据时就可从内存里取数据，提高运行效率

软引用在实际中有重要的应用，例如浏览器的后退按钮，这个后退时显示的网页内容可以重新进行请求或者从缓存中取出：

（1）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

（2）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这时候就可以使用软引用

总结

  • 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
  • 软引用通常用来实现内存敏感的缓存。比如：高速缓存就有用到软引用。如果还有空闲内存，就可以暂时保留缓存，当内存不足时清理掉，这样就保证了使用缓存的同时，不会耗尽内存。
  • 软引用是用来描述一些还有用，但非必需的对象。被软引用关联着的对象，在系统将要发生内存溢出异常前，会把这些对象列进回收范围之中进行第二次回收，如果这次回收还没有足够的内存，才会抛出内存溢出异常（OOM）。注意，这里的第一次回收的是不可达对象。
  • 在JDK1.2版之后提供了SoftReference类来实现软引用

弱引用

核心：发现即回收

弱引用也是用来描述非必需对象的。

当JVM进行垃圾回收时，无论内存是否充足，都会回收被弱引用关联的对象。

在java中，用java.lang.ref.WeakReference类来表示弱引用。

弱引用与软引用的区别在于：被软引用关联的对象只有在内存不足时才会被回收，而被弱引用关联的对象在JVM进行垃圾回收时总会被回收。

 import java.lang.ref.WeakReference;
 ​
 public class Weak {
     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
         WeakReference<String> strWeak = new WeakReference<>(new String("hello,world"));
         System.out.println(strWeak.get());
         // 通知JVM进行垃圾回收
         System.gc();
         System.out.println(strWeak.get());
     }
 }
 ​

image.png

在使用软引用和弱引用的时候，我们可以显示地通过System.gc()来通知JVM进行垃圾回收，但是要注意的是，虽然发出了通知，JVM不一定会立刻执行，也就是说这句是无法确保此时JVM一定会进行垃圾回收的。

总结

  • 弱引用也是用来描述那些非必需对象，只被弱引用关联的对象只能生存到下一次垃圾收集发生为止。在系统GC时，只要发现弱引用，不管系统堆空间使用是否充足，都会回收掉只被弱引用关联的对象
  • 由于垃圾回收器的线程通常优先级很低，因此，并不一定能很快地发现持有弱引用的对象。在这种情况下，弱引用对象可以存在较长的时间。
  • 弱引用和软引用一样，在构造弱引用时，也可以指定一个引用队列，当弱引用对象被回收时，就会加入指定的引用队列，通过这个队列可以跟踪对象的回收情况。
  • 弱引用对象与软引用对象的最大不同就在于，当GC在进行回收时，需要通过算法检查是否回收软引用对象，而对于弱引用对象，GC总是进行回收。弱引用对象更容易、更快被GC回收
  • 在JDK1.2版之后提供了WeakReference类来实现弱引用

虚引用

虚引用和前面的软引用、弱引用不同，它并不影响对象的生命周期。

虚引用在java中用java.lang.ref.PhantomReference类表示。

如果一个对象与虚引用关联，则跟没有引用与之关联一样，在任何时候都可能被垃圾回收器回收。

虚引用主要用来跟踪对象被垃圾回收的活动。

虚引用必须和引用队列关联使用，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，就会把这个虚引用加入到与之关联的引用队列中。程序可以通过判断引用队列中是否已经加入了虚引用，来了解被引用的对象是否将要被垃圾回收。如果程序发现某个虚引用已经被加入到引用队列，那么就可以在所引用的对象的内存被回收之前采取必要的行动。

 import java.lang.ref.PhantomReference;
 import java.lang.ref.ReferenceQueue;
 ​
 public class PhantoRef {
     public static void main(String[] args) {
         ReferenceQueue<String> queue = new ReferenceQueue<>();
         // 配合引用队列使用
         PhantomReference<String> phantomReference = new PhantomReference<>(new String("hello world"), queue);
         System.out.println(phantomReference.get());
     }
 }

image.png

总结

  • 虚引用也称为“幽灵引用”或者“幻影引用”，是所有引用类型中最弱的一个
  • 一个对象是否有虚引用的存在，完全不会决定对象的生命周期。如果一个对象仅持有虚引用，那么它和没有引用几乎是一样的，随时都可能被垃圾回收器回收
  • 它不能单独使用，也无法通过虚引用来获取被引用的对象。当试图通过虚引用的get()方法取得对象时，总是null ，即通过虚引用无法获取到我们的数据
  • 虚引用主要用来跟踪对象被垃圾回收器回收的活动，比如：能在这个对象被收集器回收时收到一个系统通知。
  • 虚引用必须和引用队列一起使用。虚引用在创建时必须提供一个引用队列作为参数。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，就会在回收对象后，将这个虚引用加入引用队列，以通知应用程序对象的回收情况。
  • 由于虚引用可以跟踪对象的回收时间，因此，也可以将一些资源释放操作放置在虚引用中执行和记录。

总结

Java中4种引用的级别和强度由高到低依次为：强引用 -> 软引用 -> 弱引用 -> 虚引用

当垃圾回收器回收时，某些对象会被回收，某些不会被回收。垃圾回收器会从根对象Object来标记存活的对象，然后将某些不可达的对象和一些引用的对象进行回收

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

在实际程序设计中一般很少使用弱引用与虚引用，使用软引用的情况较多，这是因为软引用可以加速JVM对垃圾内存的回收速度，可以维护系统的运行安全，防止内存溢出（OutOfMemory）等问题的产生

利用软引用解决OOM问题：假如有一个应用需要读取大量的本地图片，如果每次读取图片都从硬盘读取，则会严重影响性能，但是如果全部加载到内存当中，又有可能造成内存溢出，此时使用软引用可以解决这个问题。

设计思路是：用一个HashMap来保存图片的路径和相应图片对象关联的软引用之间的映射关系，在内存不足时，JVM会自动回收这些缓存图片对象所占用的空间，从而有效地避免了OOM的问题。

参考资料

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