Java中的四种引用类型 Strong, Soft, Weak And Phantom

前言

总所周知， java不同于c/c++，它不需要程序员自已来管理内存(分配，释放内存)，java 会自己来管理内存，比如销毁某些不再被使用的对象。这些操作都是在一个后台线程默默进行(Garbage Collector Thread)，也就是垃圾收集器线程，根据jvm实现的策略来释放对象内存。但是程序编写者却无法控制这个后台线程，无法让它在你想要的时候开始释放内存，销毁对象，按照你的规定来销毁那些对象，释放内存，这些都是都jvm自己控制的。但是随着 java.lang.ref这个包下的类的引进，程序员拥有了一点点控制你创建的对象何时释放，销毁的权利，当然只是一点点。那接下来就来看看这些类和java中的四种引用类型有何对应关系。先来看看这四种引用类型，因为jvm在进行垃圾收集的时候，需要判断哪些对象需要销毁，这时就与这几种引用类型相关。

以下是这几种引用类型：

1. 强引用(Strong References)

强引用类型是我们平时写代码的时候最常用的引用，而大部分人往往都会忽略这个概念，都成一种理所当然的事情了。

接下来看看下面这个简单的例子：

public class Main {

public static void main(String[] args) {

//创建一个对象，new出来的对象都是分配在java堆中的
Sample sample = new Sample();   //sample这个引用就是强引用

sample = null;                  //将这个引用指向空指针,
//那么上面那个刚new来的对象就没用任何其它有效的引用指向它了
//也就说该对象对于垃圾收集器是符合条件的
//因此在接下来某个时间点 GC进行收集动作的时候, 该对象将会被销毁，内存被释放

}

}

class Sample {

}

也可以画个简单的图理解一下：

2. 软引用(Soft References)

软引用在java.lang.ref包中有与之对应的类java.lang.ref.SoftReference。

重点： 被弱引用指向的对象不会被垃圾收集器收集(即使该对象没有强引用指向它)，除非jvm使用内存不够了，才会对这类对象进行销毁，释放内存。举个简单的例子：

public class Main {

public static void main(String[] args) {

//创建一个对象，new出来的对象都是分配在java堆中的
Sample sample = new Sample();   //sample这个引用就是强引用

//创建一个软引用指向这个对象   那么此时就有两个引用指向Sample对象
SoftReference<Sample> softRef = new SoftReference<Sample>(sample);

//将强引用指向空指针 那么此时只有一个软引用指向Sample对象
//注意：softRef这个引用也是强引用，它是指向SoftReference这个对象的
//那么这个软引用在哪呢？ 可以跟一下java.lang.Reference的源码
//private T referent; 这个才是软引用， 只被jvm使用
sample = null;

//可以重新获得Sample对象，并用一个强引用指向它
sample = softRef.get();
}

}

class Sample {

}

有兴趣可以去看看Reference的源码。



现在是不是想到了软引用的一个使用场景，它相比与强引用可以避免OOM。

现在可以简单的测试下 当jvm内存不足的情况下，软引用的回收情况。

为了更快的看到结果，我限制了jvm的最大堆内存 -Xmx100m 为100m

public class Main {

private static final List<Object> TEST_DATA = new LinkedList<>();

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

//创建一个对象，new出来的对象都是分配在java堆中的
Sample sample = new Sample();   //sample这个引用就是强引用

//创建一个软引用指向这个对象   那么此时就有两个引用指向Sample对象
SoftReference<Sample> softRef = new SoftReference<Sample>(sample);

//将强引用指向空指针 那么此时只有一个软引用指向Sample对象
//注意：softRef这个引用也是强引用，它是指向SoftReference这个对象的
//那么这个软引用在哪呢？ 可以跟一下java.lang.Reference的源码
//private T referent; 这个才是软引用， 只被jvm使用
sample = null;

//可以重新获得Sample对象，并用一个强引用指向它
//sample = softRef.get();

new Thread(){
@Override
public void run() {
while (true) {
System.out.println(softRef.get());
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
TEST_DATA.add(new byte[1024 * 1024 * 5]);
}
}
}.start();

Thread.currentThread().join();
}

}

class Sample {
private final byte[] data;

public Sample() {
data = new byte[1024 * 1024 * 10];
}
}

运行 输出结果：

example.Sample@3f580216
example.Sample@3f580216
example.Sample@3f580216
example.Sample@3f580216
example.Sample@3f580216
example.Sample@3f580216
example.Sample@3f580216
null
null
Exception in thread "Thread-0" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
at example.Main$1.run(Main.java:42)

可以看到当jvm内存耗尽的时候，会将弱引用的对象进行回收 上面的例子的10m，且刚好还可以分配两次 5m一次 ，输出了两次null也证明了这一点

当然我们在创建软引用时，还可以传入ReferenceQueue，这个队列有啥用呢？ 当jvm回收某个软引用对象之后会将该SoftReference对象(例子中的softRef对象)添加进这个队列，因此我们就知道这个对象啥时候被回收了，可以做一些我们想做的操作。

public SoftReference(T referent, ReferenceQueue<? super T> q) {
super(referent, q);
this.timestamp = clock;
}

Reference(T referent, ReferenceQueue<? super T> queue) {
this.referent = referent;
this.queue = (queue == null) ? ReferenceQueue.NULL : queue;
}

还是举个简单的例子

public class Main {

private static final List<Object> TEST_DATA = new LinkedList<>();

private static final ReferenceQueue<Sample> QUEUE = new ReferenceQueue<>();

public static void main(String[] args) {

//创建一个对象，new出来的对象都是分配在java堆中的
Sample sample = new Sample();   //sample这个引用就是强引用

//创建一个软引用指向这个对象   那么此时就有两个引用指向Sample对象
SoftReference<Sample> softRef = new SoftReference<Sample>(sample, QUEUE);

//将强引用指向空指针 那么此时只有一个软引用指向Sample对象
//注意：softRef这个引用也是强引用，它是指向SoftReference这个对象的
//那么这个软引用在哪呢？ 可以跟一下java.lang.Reference的源码
//private T referent; 这个才是软引用， 只被jvm使用
sample = null;

//可以重新获得Sample对象，并用一个强引用指向它
//sample = softRef.get();

new Thread(){
@Override
public void run() {
while (true) {
System.out.println(softRef.get());
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
Thread.currentThread().interrupt();
}
TEST_DATA.add(new byte[1024 * 1024 * 5]);
}
}
}.start();

new Thread(){
@Override
public void run() {
while (true) {
Reference<? extends Sample> poll = QUEUE.poll();
if (poll != null) {
System.out.println("--- 软引用对象被jvm回收了 ---- " + poll);
System.out.println("--- 回收对象 ---- " + poll.get());
}
}
}
}.start();

try {
Thread.currentThread().join();
} catch (InterruptedException e) {
System.exit(1);
}
}

}

class Sample {
private final byte[] data;

public Sample() {
data = new byte[1024 * 1024 * 10];
}
}

运行 输出结果：

example.Sample@2a3c142c
example.Sample@2a3c142c
example.Sample@2a3c142c
example.Sample@2a3c142c
example.Sample@2a3c142c
example.Sample@2a3c142c
example.Sample@2a3c142c
--- 软引用对象被jvm回收了 ---- java.lang.ref.SoftReference@306d3b64
null
--- 回收对象 ---- null
null
Exception in thread "Thread-0" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
at example.Main$1.run(Main.java:47)

3. 弱引用(Weak References)

弱引用会被jvm忽略，也就说在GC进行垃圾收集的时候，如果一个对象只有弱引用指向它，那么和没有引用指向它是一样的效果，jvm都会对它就行果断的销毁，释放内存。其实这个特性是很有用的，jdk也提供了java.util.WeakHashMap这么一个key为弱引用的Map。比如某个资源对象你要释放(比如 db connection), 但是如果被其它map作为key强引用了，就无法释放，被jvm收集。

来个简单的例子：

public class Main {

private static final List<Object> TEST_DATA = new LinkedList<>();

private static final ReferenceQueue<Sample> QUEUE = new ReferenceQueue<>();

public static void main(String[] args) {

//创建一个对象，new出来的对象都是分配在java堆中的
Sample sample = new Sample();   //sample这个引用就是强引用

//创建一个弱引用指向这个对象   那么此时就有两个引用指向Sample对象
//SoftReference<Sample> softRef = new SoftReference<Sample>(sample, QUEUE);
WeakReference<Sample> weakRef = new WeakReference<Sample>(sample, QUEUE);
//将强引用指向空指针 那么此时只有一个弱引用指向Sample对象
//注意：softRef这个引用也是强引用，它是指向SoftReference这个对象的
//那么这个弱引用在哪呢？ 可以跟一下java.lang.Reference的源码
//private T referent; 这个才是弱引用， 只被jvm使用
sample = null;

//可以重新获得Sample对象，并用一个强引用指向它
//sample = softRef.get();

new Thread(){
@Override
public void run() {
while (true) {
System.out.println(weakRef.get());
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
Thread.currentThread().interrupt();
}
TEST_DATA.add(new byte[1024 * 1024 * 5]);
}
}
}.start();

new Thread(){
@Override
public void run() {
while (true) {
Reference<? extends Sample> poll = QUEUE.poll();
if (poll != null) {
System.out.println("--- 弱引用对象被jvm回收了 ---- " + poll);
System.out.println("--- 回收对象 ---- " + poll.get());
}
}
}
}.start();

try {
Thread.currentThread().join();
} catch (InterruptedException e) {
System.exit(1);
}
}

}

class Sample {
private final byte[] data;

public Sample() {
data = new byte[1024 * 1024 * 10];
}
}

运行 输出结果：

example.Sample@234c0f50
example.Sample@234c0f50
--- 弱引用对象被jvm回收了 ---- java.lang.ref.WeakReference@16fea746
--- 回收对象 ---- null
null
null
null
null
null
null
null
Exception in thread "Thread-0" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
at example.Main$1.run(Main.java:47)

从结果中可以清晰的看到弱引用对象并不需要在jvm耗尽内存的情况下才进行回收， 是可以随时回收的。

4. 虚幻引用(Phantom References)

虚幻应用和弱引用的回收机制差不多，都是可以被随时回收的。但是不同的地方是，它的构造方法必须强制传入ReferenceQueue，因为在jvm回收前(重点： 对，就是回收前，软引用和弱引用都是回收后)，会将PhantomReference对象加入ReferenceQueue中; 还有一点就是PhantomReference.get()方法永远返回空，不管对象有没有被回收。

源码： java.lang.ref.PhantomReference
/**
* Returns this reference object's referent.  Because the referent of a
* phantom reference is always inaccessible, this method always returns
* <code>null</code>.
*
* @return  <code>null</code>
*/
public T get() {
return null;
}

来个例子看看：

public class Main {

private static final List<Object> TEST_DATA = new LinkedList<>();

private static final ReferenceQueue<Sample> QUEUE = new ReferenceQueue<>();

public static void main(String[] args) {

Sample sample = new Sample();

PhantomReference<Sample> phantomRef = new PhantomReference<>(sample, QUEUE);
sample = null;

new Thread(){
@Override
public void run() {
while (true) {
System.out.println(phantomRef.get());
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
Thread.currentThread().interrupt();
}
TEST_DATA.add(new byte[1024 * 1024 * 5]);
}
}
}.start();

new Thread(){
@Override
public void run() {
while (true) {
Reference<? extends Sample> poll = QUEUE.poll();
if (poll != null) {
System.out.println("--- 虚幻引用对象被jvm回收了 ---- " + poll);
System.out.println(poll.isEnqueued());
System.out.println("--- 回收对象 ---- " + poll.get());
}
}
}
}.start();

try {
Thread.currentThread().join();
} catch (InterruptedException e) {
System.exit(1);
}
}

}

class Sample {
private final byte[] data;

public Sample() {
data = new byte[1024 * 1024 * 10];
}
}

运行 结果：

null
null
--- 虚幻引用对象被jvm回收了 ---- java.lang.ref.PhantomReference@40788638
false
--- 回收对象 ---- null
null
null
null
null