Java四种引用

Java四种引用

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四种引用的区别

其实四种引用的区别在于 GC的时候,对它们的处理不同。用一句话来概括,就是:如果一个对象GC Root可达强引用不会被回收软引用在内存不足时会被回收弱引用在这个对象第一次GC会被回收

如果GC Root不可达,那不论什么引用,都会被回收

虚引用比较特殊,等于没有引用,不会影响对象的生命周期,但可以在对象被收集器回收时收到一个系统通知。

下面结合案例分别来讲一下四种引用在面对GC时的表现以及它们的常见用途。先设置一下JVM的参数:

-Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -verbose:gc -XX:+PrintGCDetails

强引用(StrongReference)

这就是我们平时最常使用的引用只要GC的时候这个对象GC Root可达,它就不会被回收。如果JVM内存不够了,直接抛出OOM。比如下面这段代码就会抛出OutOfMemoryError

public static void main(String[] args) {
    List<Object> list = new LinkedList<>();
    for (int i = 0; i < 21; i++) {
        list.add(new byte[1024 * 1024]);
    }
}

软引用(SoftReference)

软引用: 当GC的时候,如果GC Root可达,如果 内存足够,就不会被回收;如果 内存不够用,会被回收。将上面的例子改成软引用,就不会被OOM:

public static void main(String[] args) {
    List<Object> list = new LinkedList<>();
    for (int i = 0; i < 21; i++) {
        SoftReference<byte[]> softReference = new SoftReference<>(new byte[1024 * 1024]);
        list.add(softReference);
    }
}

我们把程序改造一下,打印出GC后的前后的差别:

public static void main(String[] args) {
    List<SoftReference<byte[]>> list = new LinkedList<>();
    for (int i = 0; i < 21; i++) {
        SoftReference<byte[]> softReference = new SoftReference<>(new byte[1024 * 1024]);
        list.add(softReference);
        System.out.println("gc前:" + softReference.get());
    }
    System.gc();
    for (SoftReference<byte[]> softReference : list) {
        System.out.println("gc后:" + softReference.get());
    }
}

会发现,打印出的日志,GC前都是有值的,而GC后,会有一些是null,代表它们已经被回收。

而我们设置的堆最大为20M,如果把循环次数改成15,就会发现打印出的日志,GC后没有为null的。但通过-verbose:gc -XX:+PrintGCDetails参数能发现,JVM还是进行了几次GC的,只是由于内存还够用,所以没有回收。

public static void main(String[] args) {
    List<SoftReference<byte[]>> list = new LinkedList<>();
    for (int i = 0; i < 15; i++) {
        SoftReference<byte[]> softReference = new SoftReference<>(new byte[1024 * 1024]);
        list.add(softReference);
        System.out.println("gc前:" + softReference.get());
    }
    System.gc();
    for (SoftReference<byte[]> softReference : list) {
        System.out.println("gc后:" + softReference.get());
    }
}

所以软引用的常见用途就呼之欲出了:缓存。尤其是那种希望这个缓存能够持续时间长一点的。

如果一个对象只具有软引用,那就类似于可有可无的生活用品。如果内存空间足够,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

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,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。

弱引用(WeakReference)

弱引用,只要这个对象发生GC,就会被回收。

把上面的代码改成弱引用,会发现打印出的日志,GC后全部为null

public static void main(String[] args) {
    List<WeakReference<byte[]>> list = new LinkedList<>();
    for (int i = 0; i < 15; i++) {
        WeakReference<byte[]> weakReference = new WeakReference<>(new byte[1024 * 1024]);
        list.add(weakReference);
        System.out.println("gc前:" + weakReference.get());
    }
    System.gc();
    for (WeakReference<byte[]> weakReference : list) {
        System.out.println("gc后:" + weakReference.get());
    }
}

所以弱引用也适合用来做缓存,不过由于它是只要发生GC就会被回收,所以存活的时间比软引用短得多,通常用于做一些非常临时的缓存

我们知道,WeakHashMap内部是通过弱引用来管理entry的。它的键是 “弱键”,所以在GC时,它对应的键值对也会从Map中删除。

Tomcat中有一个ConcurrentCache,用到了WeakHashMap,结合ConcurrentHashMap,实现了一个线程安全的缓存,感兴趣的同学可以研究一下源码,代码非常精简,加上所有注释,只有短短59行。

ThreadLocal中的静态内部类ThreadLocalMap里面的entry是一个WeakReference的继承类。

使用弱引用,使得ThreadLocalMap知道ThreadLocal对象是否已经失效,一旦该对象失效,也就是成为垃圾,那么它所操控的Map里的数据也就没有用处了,因为外界再也无法访问,进而决定擦除Map中相关的值对象,Entry对象的引用,来保证Map总是保持尽可能的小。

如果一个对象只具有弱引用,那就类似于可有可无的生活用品

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。

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。

虚引用(PhantomReference)

虚引用的设计和上面三种引用有些不同,它并不影响GC,而是为了在对象被GC时,能够收到一个系统通知。

那它是怎么被通知的呢?虚引用必须要配合ReferenceQueue,当GC准备回收一个对象,如果发现它还有虚引用,就会在回收之前,把这个虚引用加入到与之关联的ReferenceQueue中。

那NIO是如何利用虚引用来管理内存的呢?

DirectBuffer直接从Java堆之外申请一块内存, 这块内存是不直接受JVM GC管理的, 也就是说在GC算法中并不会直接操作这块内存. 这块内存的GC是由于DirectBuffer在Java堆中的对象被GC后, 通过一个通知机制, 而将其清理掉的.

DirectBuffer内部有一个Cleaner。这个Cleaner是PhantomReference的子类。当DirectBuffer对象被回收之后, 就会通知到PhantomReference。然后由ReferenceHandler调用tryHandlePending()方法进行pending处理. 如果pending不为空, 说明DirectBuffer被回收了, 就可以调用Cleaner的clean()进行回收了。

上面这个方法的代码在Reference类里面,有兴趣的同学可以去看一下那个方法的源码。

"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。

虚引用主要用来跟踪对象被垃圾回收的活动

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。程序可以通过判断引用队列中是否已经加入了虚引用,来了解被引用的对象是否将要被垃圾回收。程序如果发现某个虚引用已经被加入到引用队列,那么就可以在所引用的对象的内存被回收之前采取必要的行动。

特别注意,在程序设计中一般很少使用弱引用与虚引用,使用软引用的情况较多,这是因为软引用可以加速 JVM 对垃圾内存的回收速度,可以维护系统的运行安全,防止内存溢出(OutOfMemory)等问题的产生

总结

以上就是Java中四种引用的区别。一般来说,强引用我们都知道,虚引用很少用到。而软引用和弱引用的区别在于回收的时机:软引用GC时,发现内存不够才回收,弱引用只要一GC就会回收。

参考

作者: yasinshaw
链接: https://yasinshaw.com/articles/90
来源: 个人博客