概述

java.lang.ref 類庫包含一組類，為垃圾回收提供了更大的靈活性。

java.lang.ref 有三個繼承自抽象類 Reference 的類:

Reference類圖

這三個類為垃圾回收器(GC)提供了不同級別的提示，使得GC以不同的策略回收對象。

StrongReference

強引用是使用最普遍的引用，它是默認(rèn)的引用類型，不需要顯式聲明，在java.lang.ref中沒有實際的類對應(yīng)，可以把它理解為Java的內(nèi)置省略默認(rèn)引用類型。

具有強引用的對象, 只要對象是“可獲得的”(reachable)，GC就承諾不會回收對象，即使JVM內(nèi)存不足，拋出OutOfMemoryError異常。

對象是“可獲得的”(reachable)，是指此對象可在程序中的某處找到。這意味著你在內(nèi)存棧中有一個普通的引用，而它正指向此對象；也可能是你的引用指向某個對象，而那個對象含有另一個引用，指向正在討論的對象；也可能有更多的中間鏈接。

@Test
public void strongReferenceTest() {
    Object obj = new Object();
    System.gc();
    assertThat("obj沒被回收", obj, not(nullValue()));
}

SoftReference

只具有軟引用的對象，GC承諾在JVM內(nèi)存充足的時候不回收對象。

@Test
public void softReferenceTest() {
    SoftReference<Object> objSoftReference = new SoftReference<Object>(new Object());
    
    int index = 0;
    long[][] vars = new long[1024][];
    
    long maxMemory;
    long freeMemory;
    
    while(objSoftReference.get() != null) {
        maxMemory = Runtime.getRuntime().maxMemory(); //最大可用內(nèi)存
        freeMemory = Runtime.getRuntime().freeMemory(); //當(dāng)前JVM空閑內(nèi)存
        System.out.printf("maxMemory = %s, freeMemory = %s\n", maxMemory, freeMemory);
    
        vars[index++] = new long[1024];
        System.gc();
    }
    assertThat("obj被回收了", objSoftReference.get(), nullValue());
}

執(zhí)行上面的用例，剛開始objSoftReference引用的對象不會被GC回收，隨著內(nèi)存逐漸被吃掉，JVM開始覺得內(nèi)存匱乏了才回收objSoftReference引用的對象。

由此可見，SoftReference在內(nèi)存充足的時候保持對象，在內(nèi)存匱乏的時候釋放對象。這種回收策略適合應(yīng)用在內(nèi)存敏感的高速緩存的場景。

注意: 執(zhí)行用例前需要設(shè)置JVM參數(shù): -Xmx1m，限制jvm的Java Heap最大值。

設(shè)置其他的值該用例可能執(zhí)行失敗，原因是:

1. new long[1024]可能越過了JVM內(nèi)存不充足的判斷邊界。
2. System.gc()調(diào)用頻率的限制。

WeakReference

只具有弱引用的對象，GC執(zhí)行時會馬上回收對象。

@Test
public void WeakReferenceTest() throws InterruptedException {
    ReferenceQueue<Object> referenceQueue = new ReferenceQueue<Object>();
    WeakReference<Object> objWeakReference = new WeakReference<Object>(new Object(), referenceQueue);

    assertThat("還沒有執(zhí)行GC, obj還沒被回收", objWeakReference.get(), not(nullValue()));
    assertThat("還沒有執(zhí)行GC, referenceQueue為空", referenceQueue.poll(), nullValue());

    System.gc();
    Thread.sleep(500);  // 確保GC執(zhí)行完成

    assertThat("執(zhí)行GC后, obj馬上被回收了", objWeakReference.get(), nullValue());
    assertThat("執(zhí)行GC后, objWeakReference被放入referenceQueue", objWeakReference, equalTo((Reference)referenceQueue.poll()));
}

由于GC線程的優(yōu)先級比較低，不一定會很快執(zhí)行GC，所以只具有弱引用的對象可能會繼續(xù)存活一段時間，這段時間內(nèi)可以通過get()方法繼續(xù)獲得引用的對象。當(dāng)GC回收對象后會把objWeakReference放入referenceQueue隊列中。

PhantomReference

只具有虛引用的對象，和 沒有任何引用一樣 ，無論它是否被回收，你永遠(yuǎn)也取不到引用的對象了，并且GC執(zhí)行時會馬上回收對象。

@Test
public void PhantomReferenceTest() throws InterruptedException {
    ReferenceQueue<Object> referenceQueue = new ReferenceQueue<Object>();
    PhantomReference<Object> objPhantomReference = new PhantomReference<Object>(new Object(), referenceQueue);

    assertThat("無法通過虛引用獲取到對象", objPhantomReference.get(), nullValue());
    assertThat("還沒有執(zhí)行GC, referenceQueue為空", referenceQueue.poll(), nullValue());

    System.gc();
    Thread.sleep(500);  // 確保GC執(zhí)行完成

    assertThat("無法通過虛引用獲取到對象", objPhantomReference.get(), nullValue());
    assertThat("執(zhí)行GC后, objPhantomReference被放入referenceQueue", objPhantomReference, equalTo((Reference)referenceQueue.poll()));
}

換言之，當(dāng)一個只具有虛引用的對象，你已經(jīng)失去了對它的所有控制權(quán)。唯一你可知的是: 對象是否被GC回收了，當(dāng)GC回收對象后和WeakReference一樣，GC會把objPhantomReference放入referenceQueue隊列中。

WeakReference vs PhantomReference

目前為止，我們已經(jīng)可以總結(jié)出WeakReference和PhantomReference的一些相同點和不同點。

相同點:

• 當(dāng)GC執(zhí)行時，兩者引用的對象都會被回收。
• 對象被回收后，引用對象本身都會被放入一個ReferenceQueue隊列中。

不同點:

• GC回收引用的對象前，WeakReference還有機會獲得引用的對象，而PhantomReference永遠(yuǎn)失去了和引用的對象之間的聯(lián)系。
• 使用SoftReference和WeakReference時,你可以選擇是否要將它們放入ReferenceQueue中。而PhantomReference只能依賴于ReferenceQueue，否則毫無用處。

除了以上的不同點外，WeakReference和PhantomReference之間還有一個最大的不同點，先看用例:

Object obj = null;

@Test
public void WeakReferenceWhenFinalizeTest() throws InterruptedException {

    ReferenceQueue<Object> referenceQueue = new ReferenceQueue<Object>();
    WeakReference<Object> objWeakReference = new WeakReference<Object>(
        new Object() {
            public void finalize() {
                obj = this;
            }
        }, referenceQueue);

    assertThat("還沒有執(zhí)行GC, obj還沒被回收", objWeakReference.get(), not(nullValue()));
    assertThat("還沒有執(zhí)行GC, referenceQueue為空", referenceQueue.poll(), nullValue());

    System.gc();
    Thread.sleep(500);  // 確保GC執(zhí)行完成

    assertThat("執(zhí)行GC后, obj沒有被回收，但是無法獲取到對象", objWeakReference.get(), nullValue());
    assertThat("執(zhí)行GC后, obj沒有被回收，objWeakReference被放入referenceQueue", objWeakReference, equalTo((Reference)referenceQueue.poll()));
}

Object obj = null;

@Test
public void PhantomReferenceWhenFinalizeTest() throws InterruptedException {
    ReferenceQueue<Object> referenceQueue = new ReferenceQueue<Object>();
    PhantomReference<Object> objPhantomReference = new PhantomReference<Object>(
        new Object() {
            public void finalize() {
                obj = this;
            }
        }, referenceQueue);

    assertThat("無法通過虛引用獲取到對象", objPhantomReference.get(), nullValue());
    assertThat("還沒有執(zhí)行GC, obj沒有被回收，referenceQueue為空", referenceQueue.poll(), nullValue());

    System.gc();
    Thread.sleep(500);  // 確保GC執(zhí)行完成

    assertThat("無法通過虛引用獲取到對象", objPhantomReference.get(), nullValue());
    assertThat("執(zhí)行GC后, referenceQueue為空", referenceQueue.poll(), nullValue());
}

GC執(zhí)行時，引用的對象通過finalize()再次將自己激活，GC最終并沒有釋放引用的對象。

這時:

• WeakReference已經(jīng)無法獲得引用的對象，并且WeakReference對象被放入了ReferenceQueue。
• PhantomReference對象并沒有被放入ReferenceQueue。

所以，PhantomReference區(qū)別于WeakReference最大的不同是PhantomReference對象只有在對象真正被回收后才會被放入ReferenceQueue。

總結(jié)

如果你想繼續(xù)持有對某個對象的引用，希望以后還能夠訪問到該對象，同時也允許垃圾回收器釋放它，這時就應(yīng)該使用Reference對象。

StrongReference、SoftReference、WeakReference 和PhantomReference由強到弱排列，應(yīng)用的場景也各不相同。

• Softreference: 只在內(nèi)存不足時才被回收，主要用以實現(xiàn)內(nèi)存敏感的高速緩存。
• WeakReference: 主要用以實現(xiàn) 規(guī)范映射 ，具體的實踐可以查看WeakHashMap的實現(xiàn)。
• Phantomreference: 可以追蹤對象的回收事件，主要用以執(zhí)行回收前的清理工作，它比finalize()更靈活。