【JVM从小白学成大佬】3.深入解析强引用、软引用、弱引用、幻象引用

关于强引用、软引用、弱引用、幻象引用的区别，在很多公司的面试题中经常出现，可能有些小伙伴觉得这个知识点比较冷门，但其实大家在开发中经常用到，如new一个对象的时候就是强引用的应用。

在java语言中，除了原始数据类型（boolean、byte、short、char、int、float、double、long）的变量，其他所有都是所谓的引用类型，指向各种不同的对象。理解这些引用的区别，对于掌握java对象生命周期和JVM内部相关机制非常有帮助。也有助于更深刻的理解底层对象生命周期、垃圾收集机制等，对设计可靠的缓存框架、诊断应用OOM等问题也大有裨益。

这四种应用主要的区别体现在对象不同的可达性状态和对垃圾收集的影响，他们之间的可达性状态可以参看下图：

1.强引用（strong reference）

强引用就是我们最常见的普通对象引用（如new 一个对象），只要还有强引用指向一个对象，就表明此对象还“活着”。在强引用面前，即使JVM内存空间不足，JVM宁愿抛出OutOfMemoryError运行时错误（OOM），让程序异常终止，也不会靠回收强引用对象来解决内存不足的问题。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式地将相应（强）引用赋值为null，就意味着此对象可以被垃圾收集了。但要注意的是，并不是赋值为null后就立马被垃圾回收，具体的回收时机还是要看垃圾收集策略的。

如Object obj = new Object();

2.软引用（soft reference）

软引用相对强引用要弱化一些，可以让对象豁免一些垃圾收集。当内存空间足够的时候，垃圾回收器不会回收它。只有当JVM认定内存空间不足时才会去回收软引用指向的对象。JVM会确保在抛出OOM前清理软引用指向的对象，而且JVM是很聪明的，会尽可能优先回收长时间闲置不用的软引用指向的对象，对那些刚构建的或刚使用过的软引用指向的对象尽可能的保留。基于软引用的这些特性，软引用可以用来实现很多内存敏感点的缓存场景，即如果内存还有空闲，可以暂时缓存一些业务场景所需的数据，当内存不足时就可以清理掉，等后面再需要时，可以重新获取并再次缓存。这样就确保在使用缓存提升性能的同时，不会导致耗尽内存。

软引用通常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虚拟机就会把这个软引用加入到与之关联的引用队列中。

Object obj = new Object();
SoftReference<Object> sf = new SoftReference<Object>(obj);
obj = null;
//有时候会返回null
sf.get();　

通过上面的代码可以看出sf是对obj的一个软引用，当sf对象还没有被销毁前，sf.get()可以获取到这个对象，如果已被销毁，则返回null。

正确使用软引用的示例代码如下：

SoftReference<List<Foo>> ref = new SoftReference<List<Foo>>(new LinkedList<Foo>());
 
// somewhere else in your code, you create a Foo that you want to add to the list
List<Foo> list = ref.get();
if (list != null)
{
    list.add(foo);
}
else
{
    // list is gone; do whatever is appropriate
}　

在使用软引用的时候必须检查引用是否为null。因为垃圾收集器可能在任意时刻回收软引用，如果不做是否null的判断，可能会出现NullPointerException的异常。

总的来说，软引用是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进行第二次回收。如果这次回收还没有足够的内存，才会抛出内存溢出异常。

3.弱引用（weak reference）

弱引用指向的对象是一种十分临近finalize状态的情况，当弱引用被清除的时候，就符合finalize的条件了。弱引用与软引用最大的区别就是弱引用比软引用的生命周期更短暂。垃圾回收器会扫描它所管辖的内存区域的过程中，只要发现弱引用的对象，不管内存空间是否有空闲，都会立刻回收它。如同前面我说过的，具体的回收时机还是要看垃圾回收策略的，因此那些弱引用的对象并不是说只要达到弱引用状态就会立马被回收。

基于弱引用的这些特性，弱引用同样可以应用在很多需要缓存的场景。

Object obj = new Object();
WeakReference<Object> wf = new WeakReference<Object>(obj);
obj = null;
//有时候会返回null
wf.get();
//返回是否被垃圾回收器标记为即将回收的垃圾
wf.isEnQueued();

4.幻象引用（phantom reference）

幻象引用，也有被说成是虚引用或幽灵引用。幻象引用并不会决定对象的生命周期。即如果一个对象仅持有虚引用，就相当于没有任何引用一样，在任何时候都可能被垃圾回收器回收。不能通过它访问对象，幻象引用仅仅是提供了一种确保对象被finalize以后，做某些事情的机制（如做所谓的Post-Mortem清理机制），也有人利用幻象引用监控对象的创建和销毁。

Object obj = new Object();
PhantomReference<Object> pf = new PhantomReference<Object>(obj);
obj=null;
//永远返回null
pf.get();
//返回是否从内存中已经删除
pf.isEnQueued();　

　　

幻象引用的get方法永远返回null，主要用于检查对象是否已经从内存中删除。

5.生存还是死亡

通过上面对四种引用类型的分析，你可能发现有些对象即使不可达，但也并非是“非死不可”的，这个时候它们暂时处于“缓刑”阶段，要真正宣告一个对象死亡，至少要经历两次标记过程：如果对象在进行可达性分析后发现没有与GC Roots相连接的引用链，那它将会被第一次标记并且进行一次筛选，筛选的条件是此对象是否有必要执行finalize()方法。当对象没有覆盖finalize()方法，或者finalize()方法已经被虚拟机调用过，虚拟机将这两种情况都视为“没有必要执行”。

如果这个对象被判定为有必要执行finalize()方法，那么这个对象将会放置在一个叫做F-Queue的队列之中，并在稍后被一个由虚拟机自动建立的、低优先级的Finalizer线程去执行它。这里所谓的“执行”是指虚拟机会触发这个方法，但并不承诺会等待它运行结束，这样做的原因是，如果一个对象在finalize()方法中执行缓慢，或者发生了死循环（更极端的情况），将很可能会导致F-Queue队列中其他对象永久处于等待，甚至导致整个内存回收系统奔溃。finalize()方法是对象逃脱死亡命运的最后一次机会，稍后GC将对F-Queue中的对象进行第二次小规模的标记，如果对象要在finalize()中成功拯救自己——只要重新与引用链上的任何一个对象建立关联即可。譬如把自己（this关键字）赋值给某个类变量或者对象的成员变量，那在第二次标记时它将被移除出“即将回收”的集合；如果对象这时候还没有逃脱，那基本上它就真的被回收了。

任何一个对象的finalize()方法都只会被系统自动调用一次，如果对象面临下一次回收，它的finalize()方法不会被再次执行。

6.总结

对象的可达性是JVM垃圾收集器决定如何处理对象的一个重要考虑指标。

所有引用类型都是抽象类java.lang.ref.Reference的子类，子类里提供了get()方法。通过上面的分析中可以得知，除了幻象引用（因为get永远返回null），如果对象还没有被销毁，都可以通过get方法获取原有对象。其实有个非常关键的注意点，利用软引用和弱引用，我们可以将访问到的对象，重新指向强引用，也就是人为的改变了对象的可达性状态。所以对于软引用、弱引用之类，垃圾收集器可能会存在二次确认的问题，以确保处于弱引用状态的对象没有改变为强引用。

但是有个问题，如果我们错误的保持了强引用（比如，赋值给了static变量），那么对象可能就没有机会变回类似弱引用的可达性状态了，就会产生内存泄露。所以，检查弱引用指向对象是否被垃圾收集，也是诊断是否有特定内存泄露的一个思路，我们的框架使用到弱引用又怀疑有内存泄露，就可以从这个角度检查。

对于软引用、弱引用、幻象引用可以配合引用队列（ReferenceQueue）来使用，特别是幻象引用，get方法只返回null，如果再不指定引用队列，基本就没有任何意义了。

上面分析了四种引用类型的使用，熟悉这几种应用类型对深入理解JVM也大有裨益。

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参考：

《深入理解Java虚拟机》

http://www.kdgregory.com/index.php?page=java.refobj