Java中四种引用详解以及对比区别

目录

• 1 四种引用
  • 1.1 强引用（StrongReference）
  • 1.2 软引用（SoftReference）
  • 1.3 弱引用（WeakReference）
  • 1.4 虚引用（PhantomReference）
  • 1.5 引用队列（RererenceQueue）
• 2 区别别比较
  • 2.1 虚引用VS弱引用

1 四种引用

Java 中一共有 4 种类型的引用 : StrongReference、 SoftReference、 WeakReference 以及 PhantomReference (虚引用),
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

1.1 强引用（StrongReference）

强引用(StrongReference)，是 Java 的默认引用实现，是使用最普遍的引用。如果一个对象具有强引用，那就类似于必不可少的生活用品，垃圾回收器绝不会回收它，它会尽可能长时间的存活于 JVM 内。
当内存空 间不足，Java虚拟机宁愿抛出OutOfMemoryError错误，使程序异常终止，也不会靠随意回收具有强引用的对象来解决内存不足问题
当没有任何对象指向它时 GC 执行后将会被回收
代码示例：

@Test  
public void strongReference() {  
    Object referent = new Object();        
    /** 
     * 通过赋值创建 StrongReference  
     */  
    Object strongReference = referent;  
      
    assertSame(referent, strongReference);   
    referent = null;  
    System.gc();  
      
    /** 
     * StrongReference 在 GC 后不会被回收 
     */  
    assertNotNull(strongReference);  
}  

1.2 软引用（SoftReference）

软引用( 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
如果一个对象只具有软引用，那就类似于可有可物的生活用品。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

@Test  
public void softReference() {  
    Object referent = new Object();  
    SoftReference<Object> softRerference = new SoftReference<Object>(referent);  
  
    assertNotNull(softRerference.get());  
      
    referent = null;  
    System.gc();  
      
    /** 
     *  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 
     */  
    assertNotNull(softRerference.get());  
}  

1.3 弱引用（WeakReference）

弱引用(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，如果一个对象只具有弱引用，那就类似于可有可物的生活用品。

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。

@Test  
public void weakReference() {  
    Object referent = new Object();  
    WeakReference<Object> weakRerference = new WeakReference<Object>(referent);  
    assertSame(referent, weakRerference.get());  
    referent = null;  
    System.gc();        
    /** 
     * 一旦没有指向 referent 的强引用, weak reference 在 GC 后会被自动回收 
     */  
    assertNull(weakRerfere

附录：WeakHashMap
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

@Test  
public void weakHashMap() throws InterruptedException {  
    Map<Object, Object> weakHashMap = new WeakHashMap<Object, Object>();  
    Object key = new Object();  
    Object value = new Object();  
    weakHashMap.put(key, value);  
    assertTrue(weakHashMap.containsValue(value));  
      
    key = null;  
    System.gc();    
    /** 
     * 等待无效 entries 进入 ReferenceQueue 以便下一次调用 getTable 时被清理 
     */  
    Thread.sleep(1000);  
      
    /** 
     * 一旦没有指向 key 的强引用, WeakHashMap 在 GC 后将自动删除相关的 entry 
     */  
    assertFalse(weakHashMap.containsValue(value));  
}  

1.4 虚引用（PhantomReference）

虚引用(PhantomReference) 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，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。
虚引用作用：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

当弱引用的指向对象变得弱引用可到达，该弱引用就会加入到引用队列。这一操作发生在对象析构或者垃圾回收真正发生之前。理论上，这个即将被回收的对象是可以在一个不符合规范的析构方法里面重新复活。但是这个弱引用会销毁。虚引用只有在其指向的对象从内存中移除掉之前才会加入到引用队列中。其get方法一直返回null就是为了阻止其指向的几乎被销毁的对象重新复活。

虚引用使用场景主要由两个:

• 它允许你知道具体何时其引用的对象从内存中移除。而实际上这是Java中唯一的方式。这一点尤其表现在处理类似图片的大文件的情况。当你确定一个图片数据对象应该被回收，你可以利用虚引用来判断这个对象回收之后在继续加载下一张图片。这样可以尽可能地避免可怕的内存溢出错误。
• 虚引用可以避免很多析构时的问题。finalize方法可以通过创建强引用指向快被销毁的对象来让这些对象重新复活。
  然而，一个重写了 finalize方法的对象如果想要被回收掉，需要经历两个单独的垃圾收集周期。在第一个周期中，某个对象被标记为可回收，进而才能进行析构。但是因为在析构过程中仍有微弱的可能这个对象会重新复活。这种情况下，在这个对象真实销毁之前，垃圾回收器需要再次运行。因为析构可能并不是很及时，所以在调用对象的析构之前，需要经历数量不确定的垃圾收集周期。这就意味着在真正清理掉这个对象的时候可能发生很大的延迟。这就是为什么当大部分堆被标记成垃圾时还是会出现烦人的内存溢出错误。
  使用虚引用，上述情况将引刃而解，当一个虚引用加入到引用队列时，你绝对没有办法得到一个销毁了的对象。因为这时候，对象已经从内存中销毁了。因为虚引用不能被用作让其指向的对象重生，所以其对象会在垃圾回收的第一个周期就将被清理掉。
  显而易见，finalize方法不建议被重写。因为虚引用明显地安全高效，去掉finalize方法可以虚拟机变得明显简单

@Test  
public void phantomReferenceAlwaysNull() {  
    Object referent = new Object();  
    PhantomReference<Object> phantomReference = new PhantomReference<Object>(referent, new ReferenceQueue<Object>());  
      
    /** 
     * phantom reference 的 get 方法永远返回 null  
     */  
    assertNull(phantomReference.get());  
} 

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

1.5 引用队列（RererenceQueue）

引用队列（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.

@Test  
public void referenceQueue() throws InterruptedException {  
    Object referent = new Object();       
    ReferenceQueue<Object> referenceQueue = new ReferenceQueue<Object>();  
    WeakReference<Object> weakReference = new WeakReference<Object>(referent, referenceQueue);  
      
    assertFalse(weakReference.isEnqueued());  
    Reference<? extends Object> polled = referenceQueue.poll();  
    assertNull(polled);  
      
    referent = null;  
    System.gc();  
  
    assertTrue(weakReference.isEnqueued());  
    Reference<? extends Object> removed = referenceQueue.remove();  
    assertNotNull(removed);  
} 

2 区别别比较

2.1 虚引用VS弱引用

PhantomReference vs WeakReference
PhantomReference 有两个好处：

• 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).
• 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 reference 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.

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