Java的四种引用

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在Java语言中,除了原始数据类型的变量,其他所有都是所谓的引用类型,指向各种不同的对象,理解引用对于掌握Java对象生命周期和JVM内部相关机制非常有帮助。本文讲述了强引用、软引用、弱引用、幻象引用的区别以及一些具体使用场景,而且是配合ReferenceQueue使用。

强引用

我们平常典型编码0bject obj = new Object()中的obj就是强引用。通过关键字new创建的对象所关联用就是强引用。当IVM内存空间不足,JVM宁愿抛出OutOfMemoryError运行时错误(OOM),使程序异常终止,也不会靠随意回收具有强引用的”存活”对象来解决内存不足的问题。对于个普通的对象,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,就是可以被垃圾收集的了,具体回收时机还是要看垃圾收集策略。

软引用

软引用通过SoftReference类实现。软引 l用的生命周期比强引用短一些。只有当JVM认为内存不足时,才会去试图回收软引用指向的对象:即JVM 会确保在抛出OutOfMemoryError之前,清理软引用指向的对象。软用可以和一个引用队列(ReferenceQueue) 联合使用,如果软引用所引用的对象被垃圾回收器回收,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。后续,我们可以调用ReferenceQueue的poll()方法来检查是否有它所关心的对象被回收。如果队列为空,将返回一个null,该方法返回队列中前面的一个Reference对象。

应用场景:软引用通常用来实现内存敏感的缓存。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。

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

弱引用

弱引用通过WeakReference类实现。弱用的生命周期比软引用短。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。于垃圾回收器是一个优先级很低的线程,因此不一定会很快回收弱引用的对象。弱引用可以和引用队列(ReferenceQueue) 联合使用,如果弱引用所引用的对象被垃圾回收,Java虛拟机就会把这个弱用加入到与之关联的引用队列中。

应用场景:弱应用同样可用于内存敏感的缓存。

在静态内部类中,经常会使用虚引用。例如:一个类发送网络请求,承担callback的静态内部类,则常以虚引用的方式来保存外部类(宿主类)的引用,当外部类需要被JVM回收时,不会因为网络请求没有及时回来,导致外部类不能被回收,引起内存泄漏

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String str = new String("ABC"); //强引用
WeakReference<String> weakReference = new WeakReference<>(str); //弱引用

虚引用

特点:虚引用也叫幻象引用,通过PhantomReference类来实现。无法通过引用访问对象的任何属性或函数。幻象引用仅仅是提供了一种确保对象被finalize以后,做某些事情的机制。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。

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ReferenceQueue queue = new ReferenceQueue();
PhantomReference pr = new PhantomReference(object, queue);

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一些程序行动。

应用场景:可用来跟踪对象被垃圾回收器回收的活动,当一个引用关联的对象被垃圾收集器回收之前会收到一系统通知。

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String str = new String("ABC"); //强引用
ReferenceQueue<String> referenceQueue = new ReferenceQueue<>(); //引用队列
PhantomReference<String> phantomReference = new PhantomReference<String>(str,referenceQueue); //虚引用

ReferenceQueue

四种引用由强到弱分别是:强引用 > 软引用 > 弱引用 > 虚引用。

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ReferenceQueue无实际存储结构,存储逻辑依赖于内部节点之间的关系来表达。存储关联的且被GC的软引用,弱引用以及虚引用。下面可以看一个示例:

NormalObject.java

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package xpu.edu.tim;

public class NormalObject {
public String name;
public NormalObject(String name) {
this.name = name;
}

@Override
protected void finalize() throws Throwable {
System.out.println("Finalizing obj " + name);
}
}

NormalObjectWeakReference.java

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package xpu.edu.tim;

import java.lang.ref.ReferenceQueue;
import java.lang.ref.WeakReference;

public class NormalObjectWeakReference extends WeakReference<NormalObject> {
public String name;

public NormalObjectWeakReference(NormalObject normalObject, ReferenceQueue<NormalObject> q) {
super(normalObject, q);
this.name = normalObject.name;
}

@Override
protected void finalize() throws Throwable {
super.finalize();
System.out.println("Finalizing NormalObjectWeakReference "+ name);
}
}

ReferenceQueueTest.java

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package xpu.edu.tim;

import java.lang.ref.Reference;
import java.lang.ref.ReferenceQueue;
import java.lang.ref.WeakReference;
import java.util.ArrayList;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class ReferenceQueueTest {
private static ReferenceQueue<NormalObject> rq = new ReferenceQueue<>();

private static void checkQueue(){
Reference<NormalObject> reference = null;
while ((reference = (Reference<NormalObject>) rq.poll()) != null){
if(reference != null){
System.out.println("In queue: "+ ((NormalObjectWeakReference)reference).name);
System.out.println("reference object: "+ reference.get());
}
}
}

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
ArrayList<WeakReference<NormalObject>> weakReferenceArrayList = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < 3; i++) {
weakReferenceArrayList.add(new NormalObjectWeakReference(new NormalObject("Weak " + i), rq));
System.out.println("Created weak:" + weakReferenceArrayList.get(i));
}
System.out.println("First time");
checkQueue();
System.gc();
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
System.out.println("Second time");
checkQueue();
System.out.println("Third time");
}
}

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上面的示例是否有点复杂呢?看看下面这个也行:

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package xpu.edu.tim;

import java.lang.ref.PhantomReference;
import java.lang.ref.Reference;
import java.lang.ref.ReferenceQueue;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class EasyReferenceQueueDemo {
public static void main(String[] args) {
Object object = new Object();
ReferenceQueue referenceQueue = new ReferenceQueue<>();
PhantomReference<Object> phantomReference = new PhantomReference<>(object, referenceQueue);
object = null;
System.gc();
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(1); //给GC足够时间回收
Reference<Object> reference = referenceQueue.remove(2000L);
if(reference != null){
//TODO something
System.out.println("do something");
}
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}

最终打印出do something,remove是一个阻塞方法,可以指定timeout, 或者选择一直阻塞。

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