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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