Java 的强引用、弱引用、软引用、虚引用

原创
2019/03/17 14:47
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强引用(StrongReference)

        日常开发中我们使用的大部分引用实际上都是强引用,这是使用最普遍的引用。如果一个对象具有强引用,就表示它处于可达状态,垃圾回收器绝不会回收它,即便系统内存非常紧张,Java虚拟机宁愿抛出OutOfMemoryError错误,使程序异常终止,也不会回收被强引用所引用的对象。因此,强引用是造成Java内存泄露的主要原因之一。显式地设置o为null,或超出对象的生命周期范围,则gc认为该对象不存在引用,这时就可以回收这个对象。具体什么时候收集这要取决于gc的算法。

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

在一个方法的内部有一个强引用,这个引用保存在栈中,而真正的引用内容(Object)保存在堆中。当这个方法运行完成后就会退出方法栈,则引用内容的引用不存在,这个Object会被回收。 但是如果这个o是全局的变量时,就需要在不用这个对象时赋值为null,因为强引用不会被垃圾回收。

强引用在实际中有非常重要的用处,举个ArrayList的实现源代码:

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类中定义了一个私有的变量elementData数组,在调用方法清空数组时可以看到为每个数组内容赋值为null。不同于elementData=null,强引用仍然存在,避免在后续调用 add()等方法添加元素时进行重新的内存分配。使用如clear()方法中释放内存的方法对数组中存放的引用类型特别适用,这样就可以及时释放内存。 

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。      

String str=new String("abc");                                     // 强引用
SoftReference<String> softRef=new SoftReference<String>(str);     // 软引用

当内存不足时,等价于:

If(JVM.内存不足()) {
   str = null;  // str=null后,此时只有软引用
   System.gc(); // 内存不足,垃圾回收器会回收软引用对象
}

 软引用在实际中有重要的应用,例如浏览器的后退按钮。按后退时,这个后退时显示的网页内容是重新进行请求还是从缓存中取出呢?这就要看具体的实现策略了。

(1)如果一个网页在浏览结束时就进行内容的回收,则按后退查看前面浏览过的页面时,需要重新构建

(2)如果将浏览过的网页存储到内存中会造成内存的大量浪费,甚至会造成内存溢出

这时候就可以使用软引用

Browser prev = new Browser();               // 获取页面进行浏览
SoftReference sr = new SoftReference(prev); // 浏览完毕后置为软引用        
if(sr.get()!=null){ 
    rev = (Browser) sr.get();           // 还没有被回收器回收,直接获取
}else{
    prev = new Browser();               // 由于内存吃紧,所以对软引用的对象回收了
    sr = new SoftReference(prev);       // 重新构建
}

  这样就很好的解决了实际的问题。

     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。

运行下面的代码,分配最大堆和初始堆-Xmx10M -Xms10M

public class SoftRefQ {

    public static void main(String[] args) {
        Thread t = new CheckRefQueue();
        t.setDaemon(true);
        t.start();
        User u = new User(1, "hutaishi");
        softQueue = new ReferenceQueue<>();
        // 当对象的可达性变为不可达的时候,软引用对象会进入引用队列,通过这个引用队列,可以跟踪对象的回收情况
        // 在这里就是UserSoftReference 这个软引用对象对进入softQueue队列中
        UserSoftReference userSoftRef = new UserSoftReference(u, softQueue);
        u = null;  //此时对象没有强引用了
        System.out.println(userSoftRef.get());
        System.gc();
        System.out.println("after gc");
        System.out.println(userSoftRef.get());
        System.out.println("-------------------------------------");
        byte[] b = new byte[1024 * 880 * 7];  // -Xmx10M -Xms10M
        // 注意分配的最大堆为10M, 在上一步中,申请内存的时候,发现堆内存不足,而User 对象只有软引用了,所以就回收U对象
        //对象已被回收,无法通过软引用获取对象
        System.out.println(userSoftRef.get());
    }

    private static ReferenceQueue<User> softQueue = null;
    public static class CheckRefQueue extends Thread {

        @Override
        public void run() {
            while (true) if (softQueue != null) {
                UserSoftReference obj = null;
                try {
                    Reference<? extends User> remove = softQueue.remove();
                    obj = (UserSoftReference) remove;

                    if (obj != null) {
                        System.out.println("user id = " + obj.uid + " is delete");
                    }
                } catch (Exception e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }

    public static class UserSoftReference extends SoftReference<User> {
        private int uid;
        public UserSoftReference(User referent, ReferenceQueue<? super User> q) {
            super(referent, q);
            this.uid = referent.id;
        }

        public int getUid() {
            return uid;
        }

        public void setUid(int uid) {
            this.uid = uid;
        }
    }

    public static class User {
        private int id;
        private String name;
        private String[] friends = new String[1000];  // 占用一定量的内存空间

        public User() {
        }

        public User(int id, String name) {
            this.id = id;
            this.name = name;
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                friends[i] = "hello world";
            }
        }

        @Override
        public String toString() {
            return "User{" +
                    "id=" + id +
                    ", name='" + name + '\'' +
                    '}';
        }

        public int getId() {
            return id;
        }
        public void setId(int id) {
            this.id = id;
        }
        public String getName() {
            return name;
        }
        public void setName(String name) {
            this.name = name;
        }
    }
}

输出结果

User{id=1, name='hutaishi'}
after gc
User{id=1, name='hutaishi'}
-------------------------------------
user id = 1 is delete
null

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。

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

    当垃圾回收器进行扫描回收时等价于:    

str = null;
System.gc();

如果这个对象是偶尔的使用,并且希望在使用时随时就能获取到,但又不想影响此对象的垃圾收集,那么你应该用 Weak Reference 来记住此对象。   

   下面的代码会让str再次变为一个强引用: 

String  abc = abcWeakRef.get();

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。

当你想引用一个对象,但是这个对象有自己的生命周期,你不想介入这个对象的生命周期,这时候你就是用弱引用。这个引用不会在对象的垃圾回收判断中产生任何附加的影响

public class Main {
    public static void main(String[] args) {

        ReferenceQueue<Apple> appleReferenceQueue = new ReferenceQueue<>();
        WeakReference<Apple> appleWeakReference = new WeakReference<>(new Apple("青苹果"), appleReferenceQueue);
        WeakReference<Apple> appleWeakReference2 = new WeakReference<>(new Apple("毒苹果"), appleReferenceQueue);

        System.out.println("=====gc调用前=====");
        Reference<? extends Apple> reference = null;
        while ((reference = appleReferenceQueue.poll()) != null ) {
            //不会输出,因为没有回收被弱引用的对象,并不会加入队列中
            System.out.println(reference);
        }
        System.out.println("----------------------------");
        System.out.println(appleWeakReference);
        System.out.println(appleWeakReference2);
        System.out.println(appleWeakReference.get());
        System.out.println(appleWeakReference2.get());

        System.out.println("=====调用gc=====");
        System.gc();
        try {
            Thread.sleep(5000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        System.out.println("=====gc调用后=====");

        //下面两个输出为null,表示对象被回收了
        System.out.println(appleWeakReference.get());
        System.out.println(appleWeakReference2.get());

        //输出结果,并且就是上面的appleWeakReference、appleWeakReference2,再次证明对象被回收了
        Reference<? extends Apple> reference2 = null;
        while ((reference2 = appleReferenceQueue.poll()) != null ) {
            //如果使用继承的方式就可以包含其他信息了
            // 使用继承的方式,可以跟踪对象的回收情况
            System.out.println("appleReferenceQueue中:" + reference2);
        }
    }
}

输出如下

=====gc调用前=====
----------------------------
java.lang.ref.WeakReference@10f87f48
java.lang.ref.WeakReference@b4c966a
Apple{name='青苹果'}, hashCode:793589513
Apple{name='毒苹果'}, hashCode:1313922862
=====调用gc=====
--------------Apple: 毒苹果 finalize。
--------------Apple: 青苹果 finalize。
=====gc调用后=====
null
null
appleReferenceQueue中:java.lang.ref.WeakReference@10f87f48
appleReferenceQueue中:java.lang.ref.WeakReference@b4c966a

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。

   Java4种引用的级别由高到低依次为:

    强引用  >  软引用  >  弱引用  >  虚引用

    通过图来看一下他们之间在垃圾回收时的区别:

当垃圾回收器回收时,某些对象会被回收,某些不会被回收。垃圾回收器会从根对象Object来标记存活的对象,然后将某些不可达的对象和一些引用的对象进行回收,如果对这方面不是很了解,可以参考如下的文章:

      通过表格来说明一下,如下:

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