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沐瑶 / LearningNotes

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陌溪 authored 2020-03-28 20:35 . add blog

Java中的引用

前言

在原来的时候,我们谈到一个类的实例化

Person p = new Person()

在等号的左边,就是一个对象的引用,存储在栈中

而等号右边,就是实例化的对象,存储在堆中

其实这样的一个引用关系,就被称为强引用

整体架构

image-20200323155120778

强引用

当内存不足的时候,JVM开始垃圾回收,对于强引用的对象,就算是出现了OOM也不会对该对象进行回收,打死也不回收~!

强引用是我们最常见的普通对象引用,只要还有一个强引用指向一个对象,就能表明对象还“活着”,垃圾收集器不会碰这种对象。在Java中最常见的就是强引用,把一个对象赋给一个引用变量,这个引用变量就是一个强引用。当一个对象被强引用变量引用时,它处于可达状态,它是不可能被垃圾回收机制回收的,即使该对象以后永远都不会被用到,JVM也不会回收,因此强引用是造成Java内存泄漏的主要原因之一。

对于一个普通的对象,如果没有其它的引用关系,只要超过了引用的作用于或者显示地将相应(强)引用赋值为null,一般可以认为就是可以被垃圾收集的了(当然具体回收时机还是要看垃圾回收策略)

强引用小例子:

/**
 * 强引用
 * @author: 陌溪
 * @create: 2020-03-23-16:25
 */
public class StrongReferenceDemo {

    public static void main(String[] args) {
        // 这样定义的默认就是强应用
        Object obj1 = new Object();

        // 使用第二个引用,指向刚刚创建的Object对象
        Object obj2 = obj1;

        // 置空
        obj1 = null;

        // 垃圾回收
        System.gc();

        System.out.println(obj1);

        System.out.println(obj2);
    }
}

输出结果我们能够发现,即使 obj1 被设置成了null,然后调用gc进行回收,但是也没有回收实例出来的对象,obj2还是能够指向该地址,也就是说垃圾回收器,并没有将该对象进行垃圾回收

null
java.lang.Object@14ae5a5

软引用

软引用是一种相对弱化了一些的引用,需要用Java.lang.ref.SoftReference类来实现,可以让对象豁免一些垃圾收集,对于只有软引用的对象来讲:

  • 当系统内存充足时,它不会被回收
  • 当系统内存不足时,它会被回收

软引用通常在对内存敏感的程序中,比如高速缓存就用到了软引用,内存够用 的时候就保留,不够用就回收

具体使用

/**
 * 软引用
 *
 * @author: 陌溪
 * @create: 2020-03-23-16:39
 */
public class SoftReferenceDemo {

    /**
     * 内存够用的时候
     */
    public static void softRefMemoryEnough() {
        // 创建一个强应用
        Object o1 = new Object();
        // 创建一个软引用
        SoftReference<Object> softReference = new SoftReference<>(o1);
        System.out.println(o1);
        System.out.println(softReference.get());

        o1 = null;
        // 手动GC
        System.gc();

        System.out.println(o1);
        System.out.println(softReference.get());
    }

    /**
     * JVM配置,故意产生大对象并配置小的内存,让它的内存不够用了导致OOM,看软引用的回收情况
     * -Xms5m -Xmx5m -XX:+PrintGCDetails
     */
    public static void softRefMemoryNoEnough() {

        System.out.println("========================");
        // 创建一个强应用
        Object o1 = new Object();
        // 创建一个软引用
        SoftReference<Object> softReference = new SoftReference<>(o1);
        System.out.println(o1);
        System.out.println(softReference.get());

        o1 = null;

        // 模拟OOM自动GC
        try {
            // 创建30M的大对象
            byte[] bytes = new byte[30 * 1024 * 1024];
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            System.out.println(o1);
            System.out.println(softReference.get());
        }

    }

    public static void main(String[] args) {

        softRefMemoryEnough();

        softRefMemoryNoEnough();
    }
}

我们写了两个方法,一个是内存够用的时候,一个是内存不够用的时候

我们首先查看内存够用的时候,首先输出的是 o1 和 软引用的 softReference,我们都能够看到值

然后我们把o1设置为null,执行手动GC后,我们发现softReference的值还存在,说明内存充足的时候,软引用的对象不会被回收

java.lang.Object@14ae5a5
java.lang.Object@14ae5a5

[GC (System.gc()) [PSYoungGen: 1396K->504K(1536K)] 1504K->732K(5632K), 0.0007842 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[Full GC (System.gc()) [PSYoungGen: 504K->0K(1536K)] [ParOldGen: 228K->651K(4096K)] 732K->651K(5632K), [Metaspace: 3480K->3480K(1056768K)], 0.0058450 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs] 

null
java.lang.Object@14ae5a5

下面我们看当内存不够的时候,我们使用了JVM启动参数配置,给初始化堆内存为5M

-Xms5m -Xmx5m -XX:+PrintGCDetails

但是在创建对象的时候,我们创建了一个30M的大对象

// 创建30M的大对象
byte[] bytes = new byte[30 * 1024 * 1024];

这就必然会触发垃圾回收机制,这也是中间出现的垃圾回收过程,最后看结果我们发现,o1 和 softReference都被回收了,因此说明,软引用在内存不足的时候,会自动回收

java.lang.Object@7f31245a
java.lang.Object@7f31245a

[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 31K->160K(1536K)] 682K->811K(5632K), 0.0003603 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 160K->96K(1536K)] 811K->747K(5632K), 0.0006385 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[Full GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 96K->0K(1536K)] [ParOldGen: 651K->646K(4096K)] 747K->646K(5632K), [Metaspace: 3488K->3488K(1056768K)], 0.0067976 secs] [Times: user=0.02 sys=0.00, real=0.01 secs] 
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 0K->0K(1536K)] 646K->646K(5632K), 0.0004024 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[Full GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 0K->0K(1536K)] [ParOldGen: 646K->627K(4096K)] 646K->627K(5632K), [Metaspace: 3488K->3488K(1056768K)], 0.0065506 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs] 

null
null

弱引用

不管内存是否够,只要有GC操作就会进行回收

弱引用需要用 java.lang.ref.WeakReference 类来实现,它比软引用生存期更短

对于只有弱引用的对象来说,只要垃圾回收机制一运行,不管JVM的内存空间是否足够,都会回收该对象占用的空间。

/**
 * 弱引用
 *
 * @author: 陌溪
 * @create: 2020-03-24-10:18
 */
public class WeakReferenceDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Object o1 = new Object();
        WeakReference<Object> weakReference = new WeakReference<>(o1);
        System.out.println(o1);
        System.out.println(weakReference.get());
        o1 = null;
        System.gc();
        System.out.println(o1);
        System.out.println(weakReference.get());
    }
}

我们看结果,能够发现,我们并没有制造出OOM内存溢出,而只是调用了一下GC操作,垃圾回收就把它给收集了

java.lang.Object@14ae5a5
java.lang.Object@14ae5a5

[GC (System.gc()) [PSYoungGen: 5246K->808K(76288K)] 5246K->816K(251392K), 0.0008236 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[Full GC (System.gc()) [PSYoungGen: 808K->0K(76288K)] [ParOldGen: 8K->675K(175104K)] 816K->675K(251392K), [Metaspace: 3494K->3494K(1056768K)], 0.0035953 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 

null
null

软引用和弱引用的使用场景

场景:假如有一个应用需要读取大量的本地图片

  • 如果每次读取图片都从硬盘读取则会严重影响性能
  • 如果一次性全部加载到内存中,又可能造成内存溢出

此时使用软引用可以解决这个问题

设计思路:使用HashMap来保存图片的路径和相应图片对象关联的软引用之间的映射关系,在内存不足时,JVM会自动回收这些缓存图片对象所占的空间,从而有效地避免了OOM的问题

Map<String, SoftReference<String>> imageCache = new HashMap<String, SoftReference<Bitmap>>();

WeakHashMap是什么?

比如一些常常和底层打交道的,mybatis等,底层都应用到了WeakHashMap

WeakHashMap和HashMap类似,只不过它的Key是使用了弱引用的,也就是说,当执行GC的时候,HashMap中的key会进行回收,下面我们使用例子来测试一下

我们使用了两个方法,一个是普通的HashMap方法

我们输入一个Key-Value键值对,然后让它的key置空,然后在查看结果

    private static void myHashMap() {
        Map<Integer, String> map = new HashMap<>();
        Integer key = new Integer(1);
        String value = "HashMap";

        map.put(key, value);
        System.out.println(map);

        key = null;

        System.gc();

        System.out.println(map);
    }

第二个是使用了WeakHashMap,完整代码如下

/**
 * WeakHashMap
 * @author: 陌溪
 * @create: 2020-03-24-11:33
 */
public class WeakHashMapDemo {
    public static void main(String[] args) {
        myHashMap();
        System.out.println("==========");
        myWeakHashMap();
    }

    private static void myHashMap() {
        Map<Integer, String> map = new HashMap<>();
        Integer key = new Integer(1);
        String value = "HashMap";

        map.put(key, value);
        System.out.println(map);

        key = null;

        System.gc();

        System.out.println(map);
    }

    private static void myWeakHashMap() {
        Map<Integer, String> map = new WeakHashMap<>();
        Integer key = new Integer(1);
        String value = "WeakHashMap";

        map.put(key, value);
        System.out.println(map);

        key = null;

        System.gc();

        System.out.println(map);
    }
}

最后输出结果为:

{1=HashMap}
{1=HashMap}
==========
{1=WeakHashMap}
{}

从这里我们看到,对于普通的HashMap来说,key置空并不会影响,HashMap的键值对,因为这个属于强引用,不会被垃圾回收。

但是WeakHashMap,在进行GC操作后,弱引用的就会被回收

虚引用

概念

虚引用又称为幽灵引用,需要java.lang.ref.PhantomReference 类来实现

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,它不能单独使用也不能通过它访问对象,虚引用必须和引用队列ReferenceQueue联合使用。

虚引用的主要作用和跟踪对象被垃圾回收的状态,仅仅是提供一种确保对象被finalize以后,做某些事情的机制。

PhantomReference的get方法总是返回null,因此无法访问对象的引用对象。其意义在于说明一个对象已经进入finalization阶段,可以被gc回收,用来实现比finalization机制更灵活的回收操作

换句话说,设置虚引用关联的唯一目的,就是在这个对象被收集器回收的时候,收到一个系统通知或者后续添加进一步的处理,Java技术允许使用finalize()方法在垃圾收集器将对象从内存中清除出去之前,做必要的清理工作

这个就相当于Spring AOP里面的后置通知

场景

一般用于在回收时候做通知相关操作

引用队列 ReferenceQueue

软引用,弱引用,虚引用在回收之前,需要在引用队列保存一下

我们在初始化的弱引用或者虚引用的时候,可以传入一个引用队列

Object o1 = new Object();

// 创建引用队列
ReferenceQueue<Object> referenceQueue = new ReferenceQueue<>();

// 创建一个弱引用
WeakReference<Object> weakReference = new WeakReference<>(o1, referenceQueue);

那么在进行GC回收的时候,弱引用和虚引用的对象都会被回收,但是在回收之前,它会被送至引用队列中

完整代码如下:

/**
 * 虚引用
 *
 * @author: 陌溪
 * @create: 2020-03-24-12:09
 */
public class PhantomReferenceDemo {

    public static void main(String[] args) {

        Object o1 = new Object();

        // 创建引用队列
        ReferenceQueue<Object> referenceQueue = new ReferenceQueue<>();

        // 创建一个弱引用
        WeakReference<Object> weakReference = new WeakReference<>(o1, referenceQueue);

        // 创建一个弱引用
//        PhantomReference<Object> weakReference = new PhantomReference<>(o1, referenceQueue);

        System.out.println(o1);
        System.out.println(weakReference.get());
        // 取队列中的内容
        System.out.println(referenceQueue.poll());

        o1 = null;
        System.gc();
        System.out.println("执行GC操作");

        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        System.out.println(o1);
        System.out.println(weakReference.get());
        // 取队列中的内容
        System.out.println(referenceQueue.poll());

    }
}

运行结果

java.lang.Object@14ae5a5
java.lang.Object@14ae5a5
null
执行GC操作
null
null
java.lang.ref.WeakReference@7f3124

从这里我们能看到,在进行垃圾回收后,我们弱引用对象,也被设置成null,但是在队列中还能够导出该引用的实例,这就说明在回收之前,该弱引用的实例被放置引用队列中了,我们可以通过引用队列进行一些后置操作

GCRoots和四大引用小总结

  • 红色部分在垃圾回收之外,也就是强引用的

  • 蓝色部分:属于软引用,在内存不够的时候,才回收

  • 虚引用和弱引用:每次垃圾回收的时候,都会被干掉,但是它在干掉之前还会存在引用队列中,我们可以通过引用队列进行一些通知机制

image-20200324123829937

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