Java_引用类型

java中四种引用类型

 

 

对象的强、软、弱和虚引用

 

在JDK 1.2以前的版本中，若一个对象不被任何变量引用，那么程序就无法再使用这个对象。也就是说，只有对象处于可触及（reachable）状态，程序才能使用它。从JDK 1.2版本开始，把对象的引用分为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。

 

⑴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。当内存空间不足，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。  ps：强引用其实也就是我们平时A a = new A()这个意思。

 

⑵软引用（SoftReference）

如果一个对象只具有软引用，则内存空间足够，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。软引用可用来实现内存敏感的高速缓存（下文给出示例）。

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。

 

⑶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。不过，由于垃圾回收器是一个优先级很低的线程，因此不一定会很快发现那些只具有弱引用的对象。

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。

 

⑷虚引用（PhantomReference）

“虚引用”顾名思义，就是形同虚设，与其他几种引用都不同，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。

虚引用主要用来跟踪对象被垃圾回收器回收的活动。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。

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。

使用软引用构建敏感数据的缓存

1 为什么需要使用软引用

 

首先，我们看一个雇员信息查询系统的实例。我们将使用一个Java语言实现的雇员信息查询系统查询存储在磁盘文件或者数据库中的雇员人事档案信息。作为一个用户，我们完全有可能需要回头去查看几分钟甚至几秒钟前查看过的雇员档案信息(同样，我们在浏览WEB页面的时候也经常会使用“后退”按钮)。这时我们通常会有两种程序实现方式:一种是把过去查看过的雇员信息保存在内存中，每一个存储了雇员档案信息的Java对象的生命周期贯穿整个应用程序始终;另一种是当用户开始查看其他雇员的档案信息的时候，把存储了当前所查看的雇员档案信息的Java对象结束引用，使得垃圾收集线程可以回收其所占用的内存空间，当用户再次需要浏览该雇员的档案信息的时候，重新构建该雇员的信息。很显然，第一种实现方法将造成大量的内存浪费，而第二种实现的缺陷在于即使垃圾收集线程还没有进行垃圾收集，包含雇员档案信息的对象仍然完好地保存在内存中，应用程序也要重新构建一个对象。我们知道，访问磁盘文件、访问网络资源、查询数据库等操作都是影响应用程序执行性能的重要因素，如果能重新获取那些尚未被回收的Java对象的引用，必将减少不必要的访问，大大提高程序的运行速度。

 

2 如果使用软引用

SoftReference的特点是它的一个实例保存对一个Java对象的软引用，该软引用的存在不妨碍垃圾收集线程对该Java对象的回收。也就是说，一旦SoftReference保存了对一个Java对象的软引用后，在垃圾线程对这个Java对象回收前，SoftReference类所提供的get()方法返回Java对象的强引用。另外，一旦垃圾线程回收该Java对象之后，get()方法将返回null。

看下面代码:

MyObject aRef = new

MyObject();

 

SoftReference aSoftRef=new SoftReference(aRef); 

 

此时，对于这个MyObject对象，有两个引用路径，一个是来自SoftReference对象的软引用，一个来自变量aReference的强引用，所以这个MyObject对象是强可及对象。

随即，我们可以结束aReference对这个MyObject实例的强引用:

aRef = null;

 

此后，这个MyObject对象成为了软可及对象。如果垃圾收集线程进行内存垃圾收集，并不会因为有一个SoftReference对该对象的引用而始终保留该对象。Java虚拟机的垃圾收集线程对软可及对象和其他一般Java对象进行了区别对待:软可及对象的清理是由垃圾收集线程根据其特定算法按照内存需求决定的。也就是说，垃圾收集线程会在虚拟机抛出OutOfMemoryError之前回收软可及对象，而且虚拟机会尽可能优先回收长时间闲置不用的软可及对象，对那些刚刚构建的或刚刚使用过的“新”软可反对象会被虚拟机尽可能保留。在回收这些对象之前，我们可以通过:

MyObject anotherRef=(MyObject)aSoftRef.get(); 

 

重新获得对该实例的强引用。而回收之后，调用get()方法就只能得到null了。

 

3 使用ReferenceQueue清除失去了软引用对象的SoftReference

作为一个Java对象，SoftReference对象除了具有保存软引用的特殊性之外，也具有Java对象的一般性。所以，当软可及对象被回收之后，虽然这个SoftReference对象的get()方法返回null,但这个SoftReference对象已经不再具有存在的价值，需要一个适当的清除机制，避免大量SoftReference对象带来的内存泄漏。在java.lang.ref包里还提供了ReferenceQueue。如果在创建SoftReference对象的时候，使用了一个ReferenceQueue对象作为参数提供给SoftReference的构造方法，如:

ReferenceQueue queue = new

ReferenceQueue();

 

SoftReference

ref=new

SoftReference(aMyObject, queue); 

 

那么当这个SoftReference所软引用的aMyOhject被垃圾收集器回收的同时，ref所强引用的SoftReference对象被列入ReferenceQueue。也就是说，ReferenceQueue中保存的对象是Reference对象，而且是已经失去了它所软引用的对象的Reference对象。另外从ReferenceQueue这个名字也可以看出，它是一个队列，当我们调用它的poll()方法的时候，如果这个队列中不是空队列，那么将返回队列前面的那个Reference对象。

在任何时候，我们都可以调用ReferenceQueue的poll()方法来检查是否有它所关心的非强可及对象被回收。如果队列为空，将返回一个null,否则该方法返回队列中前面的一个Reference对象。利用这个方法，我们可以检查哪个SoftReference所软引用的对象已经被回收。于是我们可以把这些失去所软引用的对象的SoftReference对象清除掉。常用的方式为:

 

SoftReference ref = null; 

while ((ref = (EmployeeRef) q.poll()) != null) {

// 清除ref 

}

 

 

Java 中一共有 4 种类型的引用 : StrongReference、 SoftReference、 WeakReference 以及 PhantomReference (传说中的幽灵引用 呵呵), 

这 4 种类型的引用与 GC 有着密切的关系,  让我们逐一来看它们的定义和使用场景 :

 

        1. Strong Reference

        

        StrongReference 是 Java 的默认引用实现,  它会尽可能长时间的存活于 JVM 内， 当没有任何对象指向它时 GC 执行后将会被回收

1.@Test  

2.public void strongReference() {  

3.    Object referent = new Object();  

4.      

5.    /** 

6.     * 通过赋值创建 StrongReference  

7.     */  

8.    Object strongReference = referent;  

9.      

10.    assertSame(referent, strongReference);  

11.      

12.    referent = null;  

13.    System.gc();  

14.      

15.    /** 

16.     * StrongReference 在 GC 后不会被回收 

17.     */  

18.    assertNotNull(strongReference);  

19.}  

 

 

 

 

        2. WeakReference & WeakHashMap

 

WeakReference， 顾名思义,  是一个弱引用,  当所引用的对象在 JVM 内不再有强引用时, GC 后 weak reference 将会被自动回收

1.@Test  

2.public void weakReference() {  

3.    Object referent = new Object();  

4.    WeakReference<Object> weakRerference = new WeakReference<Object>(referent);  

5.  

6.    assertSame(referent, weakRerference.get());  

7.      

8.    referent = null;  

9.    System.gc();  

10.      

11.    /** 

12.     * 一旦没有指向 referent 的强引用, weak reference 在 GC 后会被自动回收 

13.     */  

14.    assertNull(weakRerference.get());  

15.}  

 

 

 

WeakHashMap 使用 WeakReference 作为 key， 一旦没有指向 key 的强引用, WeakHashMap 在 GC 后将自动删除相关的 entry

1.@Test  

2.public void weakHashMap() throws InterruptedException {  

3.    Map<Object, Object> weakHashMap = new WeakHashMap<Object, Object>();  

4.    Object key = new Object();  

5.    Object value = new Object();  

6.    weakHashMap.put(key, value);  

7.  

8.    assertTrue(weakHashMap.containsValue(value));  

9.      

10.    key = null;  

11.    System.gc();  

12.      

13.    /** 

14.     * 等待无效 entries 进入 ReferenceQueue 以便下一次调用 getTable 时被清理 

15.     */  

16.    Thread.sleep(1000);  

17.      

18.    /** 

19.     * 一旦没有指向 key 的强引用, WeakHashMap 在 GC 后将自动删除相关的 entry 

20.     */  

21.    assertFalse(weakHashMap.containsValue(value));  

22.}  

 

 

 

        3. SoftReference

 

SoftReference 于 WeakReference 的特性基本一致， 最大的区别在于 SoftReference 会尽可能长的保留引用直到 JVM 内存不足时才会被回收(虚拟机保证), 这一特性使得 SoftReference 非常适合缓存应用

1.@Test  

2.public void softReference() {  

3.    Object referent = new Object();  

4.    SoftReference<Object> softRerference = new SoftReference<Object>(referent);  

5.  

6.    assertNotNull(softRerference.get());  

7.      

8.    referent = null;  

9.    System.gc();  

10.      

11.    /** 

12.     *  soft references 只有在 jvm OutOfMemory 之前才会被回收, 所以它非常适合缓存应用 

13.     */  

14.    assertNotNull(softRerference.get());  

15.}  

 

 

 

        4. PhantomReference

 

        作为本文主角， Phantom Reference(幽灵引用) 与 WeakReference 和 SoftReference 有很大的不同,  因为它的 get() 方法永远返回 null, 这也正是它名字的由来

1.@Test  

2.public void phantomReferenceAlwaysNull() {  

3.    Object referent = new Object();  

4.    PhantomReference<Object> phantomReference = new PhantomReference<Object>(referent, new ReferenceQueue<Object>());  

5.      

6.    /** 

7.     * phantom reference 的 get 方法永远返回 null  

8.     */  

9.    assertNull(phantomReference.get());  

10.}  

 

 

         诸位可能要问, 一个永远返回 null 的 reference 要来何用,  请注意构造 PhantomReference 时的第二个参数 ReferenceQueue(事实上 WeakReference & SoftReference 也可以有这个参数)，

PhantomReference 唯一的用处就是跟踪 referent  何时被 enqueue 到 ReferenceQueue 中.

 

     5. RererenceQueue

 

当一个 WeakReference 开始返回 null 时， 它所指向的对象已经准备被回收， 这时可以做一些合适的清理工作.   将一个 ReferenceQueue 传给一个 Reference 的构造函数， 当对象被回收时， 虚拟机会自动将这个对象插入到 ReferenceQueue 中， WeakHashMap 就是利用 ReferenceQueue 来清除 key 已经没有强引用的 entries.

1.@Test  

2.public void referenceQueue() throws InterruptedException {  

3.    Object referent = new Object();       

4.    ReferenceQueue<Object> referenceQueue = new ReferenceQueue<Object>();  

5.    WeakReference<Object> weakReference = new WeakReference<Object>(referent, referenceQueue);  

6.      

7.    assertFalse(weakReference.isEnqueued());  

8.    Reference<? extends Object> polled = referenceQueue.poll();  

9.    assertNull(polled);  

10.      

11.    referent = null;  

12.    System.gc();  

13.  

14.    assertTrue(weakReference.isEnqueued());  

15.    Reference<? extends Object> removed = referenceQueue.remove();  

16.    assertNotNull(removed);  

17.}  

 

 

6.  PhantomReference  vs WeakReference

 

PhantomReference  有两个好处， 其一， 它可以让我们准确地知道对象何时被从内存中删除， 这个特性可以被用于一些特殊的需求中(例如 Distributed GC，  XWork 和 google-guice 中也使用 PhantomReference 做了一些清理性工作). 

 

其二， 它可以避免 finalization 带来的一些根本性问题, 上文提到 PhantomReference 的唯一作用就是跟踪 referent 何时被 enqueue 到 ReferenceQueue 中,  但是 WeakReference 也有对应的功能, 两者的区别到底在哪呢 ?

这就要说到 Object 的 finalize 方法, 此方法将在 gc 执行前被调用, 如果某个对象重载了 finalize 方法并故意在方法内创建本身的强引用,  这将导致这一轮的 GC 无法回收这个对象并有可能

引起任意次 GC， 最后的结果就是明明 JVM 内有很多 Garbage 却 OutOfMemory， 使用 PhantomReference 就可以避免这个问题， 因为 PhantomReference 是在 finalize 方法执行后回收的，也就意味着此时已经不可能拿到原来的引用,  也就不会出现上述问题,  当然这是一个很极端的例子, 一般不会出现.