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Java - 多线程 - 增强篇 - 四种引用类型

Java中有四种引用类型，分别是如下四种

强引用
软引用
弱引用
虚引用

强引用

在Java中默认声明的就是强引用，如下代码：

// 只要 o 还指向Object对象，对象 o 就不会被GC回收
Object o = new Object();
o = null;

只要强引用存在，GC就永远不会回收被引用的对象，就算是内存不足的时候，JVM也会直接抛出 OutOfMemoryError，也不会去回收。
如果想中断强引用与对象之间的联系，可以显示的将强引用赋值为null，这个时候就等待GC回收对对象即可。

软引用

软引是用来描述一些非必须但是仍有用的对象。在内存足够的时候，软引用对象不会被回收，只有在内存不足的时候，系统会回收软引用对象，如果回收了软引用对象之后仍然没有足够的内存，才会抛出内存溢出异常这种特性非常适合用来做缓存
在JDK1.2之后，使用 java.lang.ref.SoftReference类来表示软引用
下面举例说明：先配置IDEA执行代码的VM参数 -Xms2M -Xmx3MJVM初始内存设为2M，最大可用内存为3M

/**
 * VM参数：-Xms2M -Xmx3M
 */
public class Test2 {
    public static void main(String[] args) {
        byte[] bytes = new byte[1024 * 1024 * 3];
    }
}

// Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

现在设置为软引用，如下代码所示

/**
 * VM参数：-Xms2M -Xmx3M
 */
public class TestSoftReferenceOom {

    private static List<Object> list = new ArrayList();

    public static void main(String[] args) {
        testReferenceOom();
    }

    public static void testReferenceOom() {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            byte[] b = new byte[1024 * 1024];
            SoftReference<byte[]> reference = new SoftReference<>(b);
            list.add(reference);
        }
        
        // 触发一次GC 注意：并不是一定会立刻执行GC
        System.gc();

        for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
            Object obj = ((SoftReference) list.get(i)).get();
            System.out.print(obj + " ");
        }
    }
}

// null null null null null null null null null [B@1540e19d

此时我们发现，无论创建了多少对象，之前的对象都为null，只保留了最后一个对象，这就说明了在内存空间不足的情况下，软引用会被回收
值得注意的一点 , 即使有 byte[] b引用指向对象, 且 b 是一个strong reference, 但是 SoftReference sr 指向的对象仍然被回收了，这是因为Java的编译器发现了在之后的代码中, b已经没有被使用了, 所以自动进行了优化。
这时候稍稍改动一下代码如下

/**
 * VM参数：-Xms2M -Xmx3M
 */
public class TestSoftReferenceOom {

    private static List<Object> list = new ArrayList();

    public static void main(String[] args) {
        testReferenceOom();
    }

    public static void testReferenceOom() {
        byte[] b = null;
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            b = new byte[1024 * 1024];
            SoftReference<byte[]> reference = new SoftReference<>(b);
            list.add(reference);
        }
        
        // 触发一次GC 注意：并不是一定会立刻执行GC
        System.gc();

        for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
            Object obj = ((SoftReference) list.get(i)).get();
            System.out.print(obj + " ");
        }
    }
}

// Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

此时b是强引用，无法被回收。报错

弱引用

弱引用的引用强度比软引用还要低一些，只有JVM在GC的之后，无论弱引用有没有被引用，都要被回收
在JDK1.2之后，在java.lang.ref.WeekReference来创建弱引用
代码示例

/**
 * VM参数：-Xms2M -Xmx3M
 */
public class TestSoftReferenceOom {

    private static List<Object> list = new ArrayList();

    public static void main(String[] args) {
        testWeakReferenceOom();
    }

    public static void testWeakReferenceOom() {

        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            byte[] b = new byte[1024 * 1024];
            WeakReference<byte[]> reference = new WeakReference<>(b);
            list.add(reference);
        }
        System.gc();

        for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
            Object obj = ((WeakReference) list.get(i)).get();
            System.out.print(obj + " ");
        }
    }
}

// null null null null null null null null null null

此时我们发现，所有的引用都为null

虚引用

虚引用是最弱的一种引用关系，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，它随时可能会被回收
在JDK1.2之后的 java.util.ref.PhantomReference
发现它只有一个构造函数和一个 get() 方法，而且它的 get() 方法仅仅是返回一个null，也就是说将永远无法通过虚引用来获取对象，虚引用必须要和 ReferenceQueue 引用队列一起使用。

public class PhantomReference<T> extends Reference<T> {

    public T get() {
        return null;
    }

    public PhantomReference(T referent, ReferenceQueue<? super T> q) {
        super(referent, q);
    }
}

那么传入它的构造方法中的 ReferenceQueue 又是如何使用的呢？

引用队列

引用队列可以与软引用、弱引用以及虚引用一起配合使用，当垃圾回收器准备回收一个对象时，如果发现它还有引用，那么就会在回收对象之前，把这个引用加入到与之关联的引用队列中去。
程序可以通过判断引用队列中是否已经加入了引用，来判断被引用的对象是否将要被垃圾回收，这样就可以在对象被回收之前采取一些必要的措施。
与软引用、弱引用不同，虚引用必须和引用队列一起使用

拓展 - WeakHashMap

WeakHashMap类及其实现WeakHashMap类在java.util包内，它实现了Map接口，是HashMap的一种实现，它使用弱引用作为内部数据的存储方案。

public void test() {
    Map map;
    // 弱引用 HashMap
    map = new WeakHashMap();
    for (int i = 0; i < 10000; i++) {
        map.put("key" + i, new byte[i]);
    }
    // 强引用HashMap
    map = new HashMap();
    for (int i = 0; i < 10000; i++) {
        map.put("key" + i, new byte[i]);
    }
}

WeakHashMap会在系统内存紧张时使用弱引用，自动释放掉持有弱引用的内存数据。但如果WeakHashMap的key都在系统内持有强引用，那么WeakHashMap就退化为普通的HashMap，因为所有的表项都无法被自动清理。

总结

类型	回收时间	使用场景
强引用	一直存活，除非GC Roots不可达	所有程序的场景，基本对象，自定义对象等。
软引用	内存不足时会被回收	一般用在对内存非常敏感的资源上，用作缓存的场景比较多，例如：网页缓存、图片缓存
弱引用	只能存活到下一次GC前	生命周期很短的对象，例如ThreadLocal中的Key。
虚引用	随时会被回收，创建了可能很快就会被回收	业界暂无使用场景，可能被JVM团队内部用来跟踪JVM的垃圾回收活动

ElonChung / Java-Review

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