强、软、弱、虚引用的区别和使用

Java提供了四种级别的应用类型: 强引用、软引用、弱引用及虚引用。 那么这四种引用类型有什么区别呢?

首先我们通过一张图来看看四种引用在Java中的表示:

FinalReference

由于FinalReference是包内可见,Finalizer是其唯一的扩展类。在外部是无法直接使用这两个类的,因为FinalReference引用类型是为JVM提供的,JVM会对那些实现了 Object 中 finalize() 方法的类实例化一个对应的FinalReference,提供 对象被 GC 前需要执行 finalize 方法的对象 的机制。这里不详细介绍。

强引用(StrongReference)

强引用在 java.lang.ref 中并没有实际的对应类型,但我们程序中几乎所有的引用使用的都是强引用。

StringBuilder sb = new StringBuilder();

上面通过在堆中创建实例,然后赋值给栈中局部变量 sb 的方式 就是 强引用。

强引用有如下特点:

  • 强引用可以直接访问目标对象

  • 强引用(存在)指向的对象任何时候都不会被回收,JVM宁愿抛出OOM异常,也不会回收。

  • 强引用可能会导致内存泄漏

注意:为了尽量避免浪费内存的情况,我们有时可以在变量sb不再使用后通过显示的将变量sb置为null(sb = null),来加速对象的回收。

解释: 1. 内存溢出(out of memory) 是指 程序在申请内存时,没有足够的内存空间供其使用,出现 out of memory.   2.  内存泄漏(memory leak) 是指 程序申请内存后,无法释放已申请的内存空间,这样的泄漏积少成多,memory leak 会导致 out of memory .

软引用(SoftReference)

软引用对应的类为 java.lang.ref.SoftReference, 一个软引用中的对象,不会很快被JVM回收,JVM会根据当前堆的使用情况来判断何时回收,当堆的使用率超过阈值时,才回去回收软引用中的对象。

先通过一个例子来了解一下软引用:

Object obj = new Object();
SoftReference softRef = new SoftReference<Object>(obj);
//删除强引用
obj = null;
//调用gc
System.gc();
System.out.println("gc之后的值:" + softRef.get()); // 对象依然存在

软引用也可以和一个引用队列联合使用,如果软引用中的对象(obj)被回收,那么软引用会被 JVM 加入关联的引用队列中。

ReferenceQueue<Object> queue = new ReferenceQueue<>();
Object obj = new Object();
SoftReference softRef = new SoftReference<Object>(obj,queue);
//删除强引用
obj = null;
//调用gc
System.gc();
System.out.println("gc之后的值: " + softRef.get()); // 对象依然存在
//申请较大内存使内存空间使用率达到阈值,强迫gc
byte[] bytes = new byte[100 * 1024 * 1024];
//如果obj被回收,则软引用会进入引用队列
Reference<?> reference = queue.remove();
if (reference != null){
System.out.println("对象已被回收: "+ reference.get());  // 对象为null
}

引用队列(ReferenceQueue)作用

Queue的意义在于我们在外部可以对queue中的引用进行监控,当引用中的对象被回收后,我们可以对引用对象本身继续做一些清理操作,因为我们引用对象(softRef)也占有一定的资源。

弱引用(WeakReference)

弱引用中的对象具有很短的声明周期,因为在系统GC时,只要发现弱引用,不管堆空间是否足够,都会将对象进行回收。由于垃圾回收器是一个 优先级很低的线程 ,因此 不一定很快 发现那些只具有 弱引用 的对象。

弱引用的简单使用:

Object obj = new Object();
WeakReference weakRef = new WeakReference<Object>(obj);
//删除强引用
obj = null;
System.out.println("gc之后的值:" + weakRef.get()); // 对象依然存在
//调用gc
System.gc();
System.out.println("gc之后的值:" + weakRef.get()); // 对象为null

弱引用也可以和一个引用队列联合使用,如果弱引用中的对象(obj)被回收,那么软引用会被 JVM 加入关联的引用队列中。

ReferenceQueue<Object> queue = new ReferenceQueue<>();
Object obj = new Object();
WeakReference weakRef = new WeakReference<Object>(obj,queue);
//删除强引用
obj = null;
System.out.println("gc之后的值: " + weakRef.get()); // 对象依然存在
//调用gc
System.gc();
//如果obj被回收,则软引用会进入引用队列
Reference<?> reference = queue.remove();
if (reference != null){
System.out.println("对象已被回收: "+ reference.get());  // 对象为null
}

软引用和弱引用都非常适合保存那些可有可无的缓存数据,当内存不足时,缓存数据被回收(再通过备选方案查询),当内存充足时,也可以存在较长时间,起到加速的作用。

应用

  • WeakHashMap

    当key只有弱引用时,GC发现后会自动清理键和值,作为简单的缓存表解决方案。

  • ThreadLocal

    ThreadLocal.ThreadLocalMap.Entry 继承了弱引用,key为当前线程实例,和WeakHashMap基本相同。

虚引用(PhantomReference)

虚引用 就是 形同虚设 ,它并不能决定 对象的生命周期。任何时候这个只有虚引用的对象都有可能被回收。因此,虚引用主要用来跟踪对象的回收,清理被销毁对象的相关资源。PhantomReference的 get() 方法永远返回null ,而且只提供了与引用队列同用的构造函数。所以虚引用必须和引用队列一同使用。

Map<Object, String> map = new HashMap<>();
ReferenceQueue<Object> queue = new ReferenceQueue<>();
Object obj = new Object();
PhantomReference phantomRef = new PhantomReference<Object>(obj,queue);
map.put(obj,"obj val");
new CheckRefQueue(queue,map).start();
//删除强引用
obj = null;
Thread.sleep(1000);
int i = 1;
while (true){
System.out.println("第"+i+"次gc");
System.gc();
Thread.sleep(1000);
}
public class CheckRefQueue extends Thread {
 
private ReferenceQueue queue;
private Map<Object, String> map;
 
public CheckRefQueue(ReferenceQueue queue, Map<Object, String> map) {
this.queue = queue;
this.map = map;
}
 
@Override
public void run() {
// 等待,直到对象呗回收
Reference reference = queue.remove();
// 释放引用对象的引用
map.remove(reference.get());
}
}

总结

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