JVM笔记(四)Java中的引用

Java中的引用

阿里面试回顾： 说说强引用、软引用、弱引用、虚引用？ - 掘金 (juejin.cn)

前言

我们都知道 JVM 垃圾回收中，GC判断堆中的对象实例或数据是不是垃圾的方法有引用计数法和可达性算法两种。

无论是通过引用计数算法判断对象的引用数量，还是通过根搜索算法(可达性分析法)判断对象的引用链是否可达，判定对象是否存活都与“引用”有关。

先说说引用，Java中的引用，类似 C 语言中的指针。

初学 Java时，我们就知道 Java 数据类型分两大类，基本类型和引用类型。

基本类型：编程语言中内置的最小粒度的数据类型。它包括四大类八种类型：

• 4种整数类型：byte、short、int、long
• 2种浮点数类型：float、double
• 1种字符类型：char
• 1种布尔类型：boolean

引用类型：引用类型指向一个对象，不是原始值，指向对象的变量是引用变量。在 Java 里，除了基本类型，其他类型都属于引用类型，它主要包括：类、接口、数组、枚举、注解

有了数据类型，JVM对程序数据的管理就规范化了，不同的数据类型，它的存储形式和位置是不一样的。

通过引用，可以对堆中的对象进行操作。引用《Java编程思想》中的一段话，

”每种编程语言都有自己的数据处理方式。有些时候，程序员必须注意将要处理的数据是什么类型。你是直接操纵元素，还是用某种基于特殊语法的间接表示（例如C/C++里的指针）来操作对象。所有这些在 Java 里都得到了简化，一切都被视为对象。因此，我们可采用一种统一的语法。尽管将一切都“看作”对象，但操纵的标识符实际是指向一个对象的“引用”（reference）。”

比如：

Person person = new Person("uin");

这里的 person 就是指向Person 实例“uin”的引用，我们一般都是通过 person 来操作“uin”实例。

在 JDK 1.2 之前，Java 中的引用的定义很传统：如果 reference 类型的数据中存储的数值代表的是另外一块内存的起始地址，就称该 refrence 数据是代表某块内存、某个对象的引用。

这种定义很纯粹，但是太过狭隘，一个对象在这种定义下只有被引用或者没有被引用两种状态，对于如何描述一些“食之无味，弃之可惜”的对象就显得无能为力。

比如我们希望能描述这样一类对象：当内存空间还足够时，则能保留在内存之中；如果内存在进行垃圾收集后还是非常紧张，则可以抛弃这些对象。很多系统的缓存功能都符合这样的应用场景。

在 JDK 1.2 之后，Java 对引用的概念进行了扩充，将引用分为

• 强引用（Strong Reference）
• 软引用（Soft Reference）
• 弱引用（Weak Reference）
• 虚引用（Phantom Reference）

这四种引用强度依次逐渐减弱。

Java 中引入四种引用的目的是让程序自己决定对象的生命周期，JVM 是通过垃圾回收器对这四种引用做不同的处理，来实现对象生命周期的改变。

强引用

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。

//类似
Object obj = new Object()

当一个对象 被 强引用变量引用时，它处于可达状态，是不可能被垃圾回收器回收的，即使该对象永远不会被用到也不会被回收。

当内存不足，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，打死都不收。

因此强引用有时也是造成 Java 内存泄露的原因之一。

对于一个普通的对象，如果没有其他的引用关系，只要超过了引用的作用域或者显示地将相应（强）引用赋值为 null，一般认为就是可以被垃圾收集器回收。（具体回收时机还要要看垃圾收集策略）。

public class StrongRefenenceDemo {

    public static void main(String[] args) {
        Object o1 = new Object();
        Object o2 = o1;
        o1 = null;
        System.gc();
        System.out.println(o1);  //null
        System.out.println(o2);  //java.lang.Object@2503dbd3
    }
}

demo 中尽管 o1已经被回收，但是 o2 强引用 o1，一直存在，所以不会被GC回收。

软引用

软引用是一种相对强引用弱化了一些的引用，需要用java.lang.ref.SoftReference 类来实现，可以让对象豁免一些垃圾收集。

软引用用来描述一些还有用，但并非必需的对象。

对于软引用关联着的对象，在系统将要发生内存溢出异常之前，将会把这些对象列进回收范围之中并进行第二次回收。如果这次回收还是没有足够的内存，才会抛出内存溢出异常。

对于只有软引用的对象来说：当系统内存充足时它不会被回收，当系统内存不足时它才会被回收。

//VM options: -Xms5m -Xmx5m
//Xms:设置初始堆内存Heap大小(最小内存)
//Xmx:设置堆内存Heap最大值（运行期间最大内存），超出了这个设置值，就会抛出OutOfMemory异常。
public class SoftRefenenceDemo {
    public static void main(String[] args) {
        softRefMemoryEnough();
        System.out.println("------内存不够用的情况------");
        softRefMemoryNotEnough();
    }

    private static void softRefMemoryEnough() {
        Object o1 = new Object();
        SoftReference<Object> s1 = new SoftReference<Object>(o1);
        System.out.println(o1);
        System.out.println(s1.get());

        o1 = null;
        System.gc();

        System.out.println(o1);
        System.out.println(s1.get());
    }

     /**
     * JVM配置`-Xms5m -Xmx5m` ，然后故意new一个一个大对象，使内存不足产生 OOM，看软引用回收情况
     */
    private static void softRefMemoryNotEnough() {
        Object o1 = new Object();
        SoftReference<Object> s1 = new SoftReference<Object>(o1);
        System.out.println(o1);
        System.out.println(s1.get());

        o1 = null;

        byte[] bytes = new byte[10 * 1024 * 1024];

        System.out.println(o1);
        System.out.println(s1.get());
    }
}

(1条消息) Mac Intellj idea 修改jvm参数_danchaofan0534的博客-CSDN博客_idea mac 配置jvm

软引用通常用在对内存敏感的程序中，比如高速缓存就有用到软引用，内存够用的时候就保留，不够用就回收。

我们看下 Mybatis 缓存类 SoftCache 用到的软引用

public Object getObject(Object key) {
    Object result = null;
    SoftReference<Object> softReference = (SoftReference)this.delegate.getObject(key);
    if (softReference != null) {
        result = softReference.get();
        if (result == null) {
            this.delegate.removeObject(key);
        } else {
            synchronized(this.hardLinksToAvoidGarbageCollection) {
                this.hardLinksToAvoidGarbageCollection.addFirst(result);
                if (this.hardLinksToAvoidGarbageCollection.size() > this.numberOfHardLinks) {
                    this.hardLinksToAvoidGarbageCollection.removeLast();
                }
            }
        }
    }
    return result;
}

弱引用

弱引用也是用来描述非必需对象的，但是它的强度比软引用更弱一些，被弱引用关联的对象只能生存到下一次垃圾收集发生之前。当垃圾收集器工作时，无论当前内存是否足够，都会回收掉只被弱引用关联的对象。

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

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内存。

public class WeakReferenceDemo {

    public static void main(String[] args) {
        Object o1 = new Object();
        WeakReference<Object> w1 = new WeakReference<Object>(o1);

        System.out.println(o1);
        System.out.println(w1.get());

        o1 = null;
        System.gc();

        System.out.println(o1);
        System.out.println(w1.get());
    }
}
//测试结果
java.lang.Object@75b84c92
java.lang.Object@75b84c92
null
null

官方文档这么写的，弱引用常被用来实现规范化映射，JDK 中的 WeakHashMap 就是一个这样的例子

虚引用

虚引用也称为“幽灵引用”或者“幻影引用”，它是最弱的一种引用关系。

虚引用，顾名思义，就是形同虚设，与其他几种引用都不太一样，一个对象是否有虚引用的存在，完全不会对其生存时间构成影响，也无法通过虚引用来取得一个对象实例。

虚引用需要java.lang.ref.PhantomReference 来实现。

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，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（RefenenceQueue）联合使用。

虚引用的主要作用是跟踪对象垃圾回收的状态。仅仅是提供了一种确保对象被 finalize 以后，做某些事情的机制。

PhantomReference 的 get 方法总是返回 null，因此无法访问对应的引用对象。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，设置虚引用的唯一目的，就是在这个对象被回收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 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。

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Object o1 = new Object();
        //引用队列
        ReferenceQueue<Object> referenceQueue = new ReferenceQueue<Object>();
        //虚引用
        PhantomReference<Object> phantomReference = new PhantomReference<Object>(o1, referenceQueue);

        System.out.println(o1);
        System.out.println(referenceQueue.poll());
        System.out.println(phantomReference.get());

        o1 = null;
        System.gc();
        Thread.sleep(3000);

        System.out.println(o1);
        System.out.println(referenceQueue.poll()); //引用队列中
        System.out.println(phantomReference.get());
    }
//测试结果
java.lang.Object@75b84c92
null
null
null
java.lang.ref.PhantomReference@6bc7c054
null

详细内容请看原作者的博客。