理解 Java 的 GC 与 幽灵引用
理解 Java 的 GC 与 幽灵引用
Java 中一共有 4 种类型的引用 : StrongReference、 SoftReference、 WeakReference 以及 PhantomReference (传说中的幽灵引用 呵呵),
这 4 种类型的引用与 GC 有着密切的关系, 让我们逐一来看它们的定义和使用场景 :
1. Strong Reference
StrongReference 是 Java 的默认引用实现, 它会尽可能长时间的存活于 JVM 内， 当没有任何对象指向它时 GC 执行后将会被回收
1 1.@Test
2 2.public void strongReference() {
3 3. Object referent = new Object();
4 4.
5 5. /**
6 6. * 通过赋值创建 StrongReference
7 7. */
8 8. Object strongReference = referent;
9 9.
10 10. assertSame(referent, strongReference);
11 11.
12 12. referent = null;
13 13. System.gc();
14 14.
15 15. /**
16 16. * StrongReference 在 GC 后不会被回收
17 17. */
18 18. assertNotNull(strongReference);
19 19.}
20 @Test
21 public void strongReference() {
22 Object referent = new Object();
23
24 /**
25 * 通过赋值创建 StrongReference
26 */
27 Object strongReference = referent;
28
29 assertSame(referent, strongReference);
30
31 referent = null;
32 System.gc();
33
34 /**
35 * StrongReference 在 GC 后不会被回收
36 */
37 assertNotNull(strongReference);
38 }
39
2. WeakReference & WeakHashMap
WeakReference， 顾名思义, 是一个弱引用, 当所引用的对象在 JVM 内不再有强引用时, GC 后 weak reference 将会被自动回收
1.@Test
2.public void weakReference() {
3. Object referent = new Object();
4. WeakReference<Object> weakRerference = new WeakReference<Object>(referent);
5.
6. assertSame(referent, weakRerference.get());
7.
8. referent = null;
9. System.gc();
10.
11. /**
12. * 一旦没有指向 referent 的强引用, weak reference 在 GC 后会被自动回收
13. */
14. assertNull(weakRerference.get());
15.}
WeakHashMap 使用 WeakReference 作为 key， 一旦没有指向 key 的强引用, WeakHashMap 在 GC 后将自动删除相关的 entry
1.@Test
2.public void weakHashMap() throws InterruptedException {
3. Map<Object, Object> weakHashMap = new WeakHashMap<Object, Object>();
4. Object key = new Object();
5. Object value = new Object();
6. weakHashMap.put(key, value);
7.
8. assertTrue(weakHashMap.containsValue(value));
9.
10. key = null;
11. System.gc();
12.
13. /**
14. * 等待无效 entries 进入 ReferenceQueue 以便下一次调用 getTable 时被清理
15. */
16. Thread.sleep(1000);
17.
18. /**
19. * 一旦没有指向 key 的强引用, WeakHashMap 在 GC 后将自动删除相关的 entry
20. */
21. assertFalse(weakHashMap.containsValue(value));
22.}
3. SoftReference
SoftReference 于 WeakReference 的特性基本一致， 最大的区别在于 SoftReference 会尽可能长的保留引用直到 JVM 内存不足时才会被回收(虚拟机保证), 这一特性使得 SoftReference 非常适合缓存应用
1.@Test
2.public void softReference() {
3. Object referent = new Object();
4. SoftReference<Object> softRerference = new SoftReference<Object>(referent);
5.
6. assertNotNull(softRerference.get());
7.
8. referent = null;
9. System.gc();
10.
11. /**
12. * soft references 只有在 jvm OutOfMemory 之前才会被回收, 所以它非常适合缓存应用
13. */
14. assertNotNull(softRerference.get());
15.}
4. PhantomReference
作为本文主角， Phantom Reference(幽灵引用) 与 WeakReference 和 SoftReference 有很大的不同, 因为它的 get() 方法永远返回 null, 这也正是它名字的由来
1.@Test
2.public void phantomReferenceAlwaysNull() {
3. Object referent = new Object();
4. PhantomReference<Object> phantomReference = new PhantomReference<Object>(referent, new ReferenceQueue<Object>());
5.
6. /**
7. * phantom reference 的 get 方法永远返回 null
8. */
9. assertNull(phantomReference.get());
10.}
诸位可能要问, 一个永远返回 null 的 reference 要来何用, 请注意构造 PhantomReference 时的第二个参数 ReferenceQueue(事实上 WeakReference & SoftReference 也可以有这个参数)，
PhantomReference 唯一的用处就是跟踪 referent 何时被 enqueue 到 ReferenceQueue 中.
5. RererenceQueue
当一个 WeakReference 开始返回 null 时， 它所指向的对象已经准备被回收， 这时可以做一些合适的清理工作. 将一个 ReferenceQueue 传给一个 Reference 的构造函数， 当对象被回收时， 虚拟机会自动将这个对象插入到 ReferenceQueue 中， WeakHashMap 就是利用 ReferenceQueue 来清除 key 已经没有强引用的 entries.
1.@Test
2.public void referenceQueue() throws InterruptedException {
3. Object referent = new Object();
4. ReferenceQueue<Object> referenceQueue = new ReferenceQueue<Object>();
5. WeakReference<Object> weakReference = new WeakReference<Object>(referent, referenceQueue);
6.
7. assertFalse(weakReference.isEnqueued());
8. Reference<? extends Object> polled = referenceQueue.poll();
9. assertNull(polled);
10.
11. referent = null;
12. System.gc();
13.
14. assertTrue(weakReference.isEnqueued());
15. Reference<? extends Object> removed = referenceQueue.remove();
16. assertNotNull(removed);
17.}
6. PhantomReference vs WeakReference
PhantomReference 有两个好处， 其一， 它可以让我们准确地知道对象何时被从内存中删除， 这个特性可以被用于一些特殊的需求中(例如 Distributed GC， XWork 和 google-guice 中也使用 PhantomReference 做了一些清理性工作).
其二， 它可以避免 finalization 带来的一些根本性问题, 上文提到 PhantomReference 的唯一作用就是跟踪 referent 何时被 enqueue 到 ReferenceQueue 中, 但是 WeakReference 也有对应的功能, 两者的区别到底在哪呢 ?
这就要说到 Object 的 finalize 方法, 此方法将在 gc 执行前被调用, 如果某个对象重载了 finalize 方法并故意在方法内创建本身的强引用, 这将导致这一轮的 GC 无法回收这个对象并有可能
引起任意次 GC， 最后的结果就是明明 JVM 内有很多 Garbage 却 OutOfMemory， 使用 PhantomReference 就可以避免这个问题， 因为 PhantomReference 是在 finalize 方法执行后回收的，也就意味着此时已经不可能拿到原来的引用, 也就不会出现上述问题, 当然这是一个很极端的例子, 一般不会出现.
7. 对比
taken from http://mindprod.com/jgloss/phantom.html
Soft vs Weak vs Phantom ReferencesType Purpose Use When GCed Implementing Class
| Strong Reference | An ordinary reference. Keeps objects alive as long as they are referenced. | normal reference. | Any object not pointed to can be reclaimed. | default |
| Soft Reference | Keeps objects alive provided there’s enough memory. | to keep objects alive even after clients have removed their references (memory-sensitive caches), in case clients start asking for them again by key. | After a first gc pass, the JVM decides it still needs to reclaim more space. | java.lang.ref.SoftReference |
| Weak Reference | Keeps objects alive only while they’re in use (reachable) by clients. | Containers that automatically delete objects no longer in use. | After gc determines the object is only weakly reachable | java.lang.ref.WeakReference java.util.WeakHashMap |
| Phantom Reference | Lets you clean up after finalization but before the space is reclaimed (replaces or augments the use offinalize()) | Special clean up processing | After finalization. | java.lang.ref.PhantomReference |
8. 小结
一般的应用程序不会涉及到 Reference 编程， 但是了解这些知识会对理解 GC 的工作原理以及性能调优有一定帮助, 在实现一些基础性设施比如缓存时也可能会用到， 希望本文能有所帮助.
