Java引用詳解

強(qiáng)引用（StrongReference）

強(qiáng)引用是使用最普遍的引用。如果一個(gè)對(duì)象具有強(qiáng)引用，那垃圾回收器絕不會(huì)回收它。如下：

Object o = new Object();   //  強(qiáng)引用

當(dāng)內(nèi)存空間不足，Java虛擬機(jī)寧愿拋出OutOfMemoryError錯(cuò)誤，使程序異常終止，也不會(huì)靠隨意回收具有強(qiáng)引用的對(duì)象來解決內(nèi)存不足的問題。如果不使用時(shí)，要通過如下方式來弱化引用，如下：

o = null;     // 幫助垃圾收集器回收此對(duì)象  

顯式地設(shè)置o為null，或超出對(duì)象的生命周期范圍，則gc認(rèn)為該對(duì)象不存在引用，這時(shí)就可以回收這個(gè)對(duì)象。具體什么時(shí)候收集這要取決于gc的算法。

public void test() {
    Object o = new Object();  
    // 省略其他操作  
}

在一個(gè)方法的內(nèi)部有一個(gè)強(qiáng)引用，這個(gè)引用保存在棧中，而真正的引用內(nèi)容（Object）保存在堆中。當(dāng)這個(gè)方法運(yùn)行完成后就會(huì)退出方法棧，則引用內(nèi)容的引用不存在，這個(gè)Object會(huì)被回收。
但是如果這個(gè)o是全局的變量時(shí)，就需要在不用這個(gè)對(duì)象時(shí)賦值為null，因?yàn)閺?qiáng)引用不會(huì)被垃圾回收。

強(qiáng)引用在實(shí)際中有非常重要的用處，舉個(gè)ArrayList的實(shí)現(xiàn)源代碼：

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

在ArrayList類中定義了一個(gè)私有的變量elementData數(shù)組，在調(diào)用方法清空數(shù)組時(shí)可以看到為每個(gè)數(shù)組內(nèi)容賦值為null。不同于elementData=null，強(qiáng)引用仍然存在，避免在后續(xù)調(diào)用 add()等方法添加元素時(shí)進(jìn)行重新的內(nèi)存分配。使用如clear()方法中釋放內(nèi)存的方法對(duì)數(shù)組中存放的引用類型特別適用，這樣就可以及時(shí)釋放內(nèi)存。

軟引用（SoftReference）

如果一個(gè)對(duì)象只具有軟引用，則內(nèi)存空間足夠，垃圾回收器就不會(huì)回收它；如果內(nèi)存空間不足了，就會(huì)回收這些對(duì)象的內(nèi)存。只要垃圾回收器沒有回收它，該對(duì)象就可以被程序使用。軟引用可用來實(shí)現(xiàn)內(nèi)存敏感的高速緩存。

String str = new String("abc");                                     // 強(qiáng)引用  
SoftReference<String> softRef = new SoftReference<String>(str);     // 軟引用

當(dāng)內(nèi)存不足時(shí)，等價(jià)于：

If (JVM.內(nèi)存不足()) {  
   str = null;  // 轉(zhuǎn)換為軟引用  
   System.gc(); // 垃圾回收器進(jìn)行回收  
}  

軟引用在實(shí)際中有重要的應(yīng)用，例如瀏覽器的后退按鈕。按后退時(shí)，這個(gè)后退時(shí)顯示的網(wǎng)頁內(nèi)容是重新進(jìn)行請(qǐng)求還是從緩存中取出呢？這就要看具體的實(shí)現(xiàn)策略了。
（1）如果一個(gè)網(wǎng)頁在瀏覽結(jié)束時(shí)就進(jìn)行內(nèi)容的回收，則按后退查看前面瀏覽過的頁面時(shí)，需要重新構(gòu)建
（2）如果將瀏覽過的網(wǎng)頁存儲(chǔ)到內(nèi)存中會(huì)造成內(nèi)存的大量浪費(fèi)，甚至?xí)斐蓛?nèi)存溢出，這時(shí)候就可以使用軟引用

Browser prev = new Browser();               // 獲取頁面進(jìn)行瀏覽  
SoftReference sr = new SoftReference(prev); // 瀏覽完畢后置為軟引用         
if (sr.get() != null) {   
    rev = (Browser) sr.get();           // 還沒有被回收器回收，直接獲取  
} else {  
    prev = new Browser();               // 由于內(nèi)存吃緊，所以對(duì)軟引用的對(duì)象回收了  
    sr = new SoftReference(prev);       // 重新構(gòu)建  
}  

這樣就很好的解決了實(shí)際的問題。
軟引用可以和一個(gè)引用隊(duì)列（ReferenceQueue）聯(lián)合使用，如果軟引用所引用的對(duì)象被垃圾回收器回收，Java虛擬機(jī)就會(huì)把這個(gè)軟引用加入到與之關(guān)聯(lián)的引用隊(duì)列中。

弱引用（WeakReference）

弱引用與軟引用的區(qū)別在于：只具有弱引用的對(duì)象擁有更短暫的生命周期。在垃圾回收器線程掃描它所管轄的內(nèi)存區(qū)域的過程中，一旦發(fā)現(xiàn)了只具有弱引用的對(duì)象，不管當(dāng)前內(nèi)存空間足夠與否，都會(huì)回收它的內(nèi)存。不過，由于垃圾回收器是一個(gè)優(yōu)先級(jí)很低的線程，因此不一定會(huì)很快發(fā)現(xiàn)那些只具有弱引用的對(duì)象。

String str = new String("abc");      
WeakReference<String> abcWeakRef = new WeakReference<String>(str);  
str = null;  

當(dāng)垃圾回收器進(jìn)行掃描回收時(shí)等價(jià)于：

str = null;  
System.gc();  

如果這個(gè)對(duì)象是偶爾的使用，并且希望在使用時(shí)隨時(shí)就能獲取到，但又不想影響此對(duì)象的垃圾收集，那么你應(yīng)該用 Weak Reference 來記住此對(duì)象。
下面的代碼會(huì)讓str再次變?yōu)橐粋€(gè)強(qiáng)引用：

String  abc = abcWeakRef.get();  

弱引用可以和一個(gè)引用隊(duì)列（ReferenceQueue）聯(lián)合使用，如果弱引用所引用的對(duì)象被垃圾回收，Java虛擬機(jī)就會(huì)把這個(gè)弱引用加入到與之關(guān)聯(lián)的引用隊(duì)列中。
當(dāng)你想引用一個(gè)對(duì)象，但是這個(gè)對(duì)象有自己的生命周期，你不想介入這個(gè)對(duì)象的生命周期，這時(shí)候你就是用弱引用。

這個(gè)引用不會(huì)在對(duì)象的垃圾回收判斷中產(chǎn)生任何附加的影響。

import java.lang.ref.Reference;
import java.lang.ref.ReferenceQueue;
import java.lang.ref.WeakReference;
import java.util.LinkedList;

public class ReferenceTest {
    
    private static ReferenceQueue<VeryBig> rq = new ReferenceQueue<VeryBig>();
    
    public static void checkQueue() {  
        Reference<? extends VeryBig> ref = null;  
        while ((ref = rq.poll()) != null) {  
            if (ref != null) {
                System.out.println("In queue: " + ((VeryBigWeakReference) (ref)).id);  
            }  
        }
    }
    
    @SuppressWarnings("static-access")
    public static void main(String[] args) {
        int size = 3;  
        LinkedList<WeakReference<VeryBig>> weakList = new LinkedList<WeakReference<VeryBig>>();  
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            weakList.add(new VeryBigWeakReference(new VeryBig("" + i), rq, "Weak Ref " + i));  
            System.out.println("Just created weak: " + weakList.getLast());  
        }
  
        System.gc();   
        try { 
            // 下面休息幾分鐘，讓上面的垃圾回收線程運(yùn)行完成  
            Thread.currentThread().sleep(6000);  
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();  
        }  
        checkQueue();  
    }
}

class VeryBig {
    private byte[] b = new byte[2 * 1024];
    private String id;
    
    public VeryBig(String id) {
        this.id = id;
    }
    
    protected void finalize() {
        System.out.println("Finalizing VeryBig " + id);  
    }
}

class VeryBigWeakReference extends WeakReference<VeryBig> {
    public String id;
    
    public VeryBigWeakReference(VeryBig referent, ReferenceQueue<? super VeryBig> q, String id) {
        super(referent, q);
        this.id = id;
    }
    
    protected void finalize() {
        System.out.println("Finalizing VeryBigWeakReference " + id);  
    }
}

最后的輸出結(jié)果為：

Just created weak: VeryBigWeakReference@1db9742
Just created weak: VeryBigWeakReference@106d69c
Just created weak: VeryBigWeakReference@52e922
Finalizing VeryBig 2
Finalizing VeryBig 1
Finalizing VeryBig 0
In queue: Weak Ref 1
In queue: Weak Ref 2
In queue: Weak Ref 0

虛引用（PhantomReference）

“虛引用”顧名思義，就是形同虛設(shè)，與其他幾種引用都不同，虛引用并不會(huì)決定對(duì)象的生命周期。如果一個(gè)對(duì)象僅持有虛引用，那么它就和沒有任何引用一樣，在任何時(shí)候都可能被垃圾回收器回收。

虛引用主要用來跟蹤對(duì)象被垃圾回收器回收的活動(dòng)。虛引用與軟引用和弱引用的一個(gè)區(qū)別在于：虛引用必須和引用隊(duì)列 （ReferenceQueue）聯(lián)合使用。當(dāng)垃圾回收器準(zhǔn)備回收一個(gè)對(duì)象時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)它還有虛引用，就會(huì)在回收對(duì)象的內(nèi)存之前，把這個(gè)虛引用加入到與之關(guān)聯(lián)的引用隊(duì)列中。

總結(jié)

Java4種引用的級(jí)別由高到低依次為：

強(qiáng)引用 > 軟引用 > 弱引用 > 虛引用

通過圖來看一下他們之間在垃圾回收時(shí)的區(qū)別：

image.png

當(dāng)垃圾回收器回收時(shí)，某些對(duì)象會(huì)被回收，某些不會(huì)被回收。垃圾回收器會(huì)從根對(duì)象Object來標(biāo)記存活的對(duì)象，然后將某些不可達(dá)的對(duì)象和一些引用的對(duì)象進(jìn)行回收。

通過表格來說明一下，如下：