Java Reference源码解析
Reference对象封装了其它对象的引用,可以和普通的对象一样操作,在一定的限制条件下,支持和垃圾收集器的交互。即可以使用Reference对象来引用其它对象,但是最后还是会被垃圾收集器回收。程序有时候也需要在对象回收后被通知,以告知对象的可达性发生变更。
Java提供了四种不同类型的引用,引用级别从高到低分别为FinalReference,SoftReference,WeakReference,PhantomReference。其中FinalReference不对外提供使用。每种类型对应着不同级别的可达性。
简介
强引用FinalReference
强引用指的是,程序中有直接可达的引用,而不需要通过任何引用对象,如Object obj = new Object();中,obj为强引用。
软引用SoftReference
软引用,非强引用,但是可以通过软引用对象来访问。软引用的对象,只有在内存不足的时候(抛出OOM异常前),垃圾收集器会决定回收该软引用所指向的对象。软引用通常用于实现内存敏感的缓存。
SoftReference<Object> softRef = new SoftReference<Object>(new Object());
弱引用WeakReference
弱引用,非强引用和软引用,但是可以通过弱引用对象来访问。弱引用的对象,不管内存是否足够,只要被垃圾收集器发现,该引用的对象就会被回收。实际的应用见WeakHashMap等。
WeakReference<Object> weakRef = new WeakReference<Object>(new Object());
虚引用PhantomReference
虚引用,该引用必须和引用队列(ReferenceQueue)一起使用,一般用于实现追踪垃圾收集器的回收动作,比如在对象被回收的时候,会调用该对象的finalize方法,在使用虚引用可以实现该动作,也更加安全。
Object obj = new Object(); ReferenceQueue<Object> refQueue = new ReferenceQueue<>(); PhantomReference<Object> phantom = new PhantomReference<Object>(obj, refQueue); ReferenceQueue
该队列作为引用中的一员,可以和上述三种引用类型组合使用,该队列的作用是:创建Reference时,将Queue注册到Reference中,当该Reference所引用的对象被垃圾收集器回收时,会将该Reference放到该队列中,相当于一种通知机制。
示例 Demo1:
ReferenceQueue queue = new ReferenceQueue(); WeakReference reference = new WeakReference(new Object(), queue); System.out.println(reference); System.gc(); Reference reference1 = queue.remove(); System.out.println(reference1);
源码分析
Reference和ReferenceQueue
Reference内部有几个比较重要的属性
// 用于保存对象的引用,GC会根据不同Reference来特别对待 private T referent; // 如果需要通知机制,则保存的对对应的队列 ReferenceQueue<? super T> queue; /* 这个用于实现一个单向循环链表,用以将保存需要由ReferenceHandler处理的引用 */ Reference next; static private class Lock { }; // 锁,用于同步pending队列的进队和出队 private static Lock lock = new Lock(); // 此属性保存一个PENDING的队列,配合上述next一起使用 private static Reference pending = null;
状态图
内部类ReferenceHandler
ReferenceHandler作为Reference的静态内部类,用于实现将pending队列里面的Reference实例依次添加到不同的ReferenceQueue中(取决于Reference里面的queue)。该pending的元素由GC负责加入。
注:这里对pending队列进行加锁,个人认为是因为GC线程可能和ReferenceHandler所在的线程并发执行,如GC采用CMS并发收集的时候。
如下代码所示
// 此线程在静态块中启动,即一旦使用了Reference,则会启动该线程 private static class ReferenceHandler extends Thread { public void run() { for (;;) { Reference r; synchronized (lock) { if (pending != null) { r = pending; Reference rn = r.next; // 从pending中取下一个元素,如果后继为空,则next指向自身 pending = (rn == r) ? null : rn; r.next = r; } else { try { // 没有则等待,后续加入元素会调用lock.notify唤醒 lock.wait(); } catch (InterruptedException x) { } continue; } } // ... ReferenceQueue q = r.queue; // 如果该Reference注册了对应的Queue,则加入到该Queue中 if (q != ReferenceQueue.NULL) q.enqueue(r); } } }
ReferenceQueue属性
// 用于标识没有注册Queue static ReferenceQueue NULL = new Null(); // 用于标识已经处于对应的Queue中 static ReferenceQueue ENQUEUED = new Null(); static private class Lock { }; /* 互斥锁,用于同步ReferenceHandler的enqueue和用户线程操作的remove和poll出队操作 */ private Lock lock = new Lock(); // 队列 private volatile Reference<? extends T> head = null; // 队列中的元素个数 private long queueLength = 0;
ReferenceQueue.enqueue
只会通过Reference里要调用该方法,用于将Reference放入到当前队列中
boolean enqueue(Reference<? extends T> r) { synchronized (r) { // 判断是否已经入队了 if (r.queue == ENQUEUED) return false; synchronized (lock) { r.queue = ENQUEUED; // 单向循环 r.next = (head == null) ? r : head; head = r; queueLength++; if (r instanceof FinalReference) { sun.misc.VM.addFinalRefCount(1); } // 通知当前挂起的线程(调用remove时有可能会挂起) lock.notifyAll(); return true; } } }
ReferenceQueue.remove
public Reference<? extends T> remove(long timeout) throws IllegalArgumentException, InterruptedException { if (timeout < 0) { throw new IllegalArgumentException("Negative timeout value"); } synchronized (lock) { // 从队列中取出一个元素 Reference<? extends T> r = reallyPoll(); // 如果不为空,则直接返回 if (r != null) return r; for (;;) { // 否则等待,由enqueue时notify唤醒 lock.wait(timeout); r = reallyPoll(); if (r != null) return r; if (timeout != 0) return null; } } }
具体执行流程
以上述示例Demo1作为分析
// 创建一个引用队列 ReferenceQueue queue = new ReferenceQueue(); // 创建虚引用,此时状态为Active,并且Reference.pending为空,当前Reference.queue = 上面创建的queue,并且next=null WeakReference reference = new WeakReference(new Object(), queue); System.out.println(reference); // 当GC执行后,由于是虚引用,所以回收该object对象,并且置于pending上,此时reference的状态为PENDING System.gc(); /* ReferenceHandler从pending中取下该元素,并且将该元素放入到queue中,此时Reference状态为ENQUEUED,Reference.queue = ReferenceENQUEUED */ /* 当从queue里面取出该元素,则变为INACTIVE,Reference.queue = Reference.NULL */ Reference reference1 = queue.remove(); System.out.println(reference1);
应用 - WeakHashMap
WeakHashMap在使用上和HashMap类型,都是Hash + 链表解决冲突,唯一不同点在于前者的Key是使用虚引用来实现的,即当进行垃圾回收的时候,就是被回收掉,此时WeakHashMap会在下次操作的时候,根据被回收掉的Key,从Map里面移除掉。
Entry
当创建Entry的时候,会注册进当前Map属性的queue,当key被回收后,则该Entry会被放入到queue中,每当操作Map的时候,才会将原有的Value清除掉。(由expungeStaleEntries方法来进行,并且没有启动一个单独的线程来处理,没有必要,这样子简化了逻辑以及避免锁的开销)
// 外部WeakHashMap属性 private final ReferenceQueue<Object> queue = new ReferenceQueue<>(); /* 这里采用了集成WeakReference而不是直接使用,是因为当被回收的时候,具体的Key是不知道的,这里需要往WeakReference额外加入一些属性,以便在被回收后通知时,能够定位到具体的Key/value */ private static class Entry<K,V> extends WeakReference<Object> implements Map.Entry<K,V> { // 这里属性不能加入key,否则会导致存在强引用而不能被视为WeakReference回收掉 V value; int hash; Entry<K,V> next; Entry(Object key, V value, ReferenceQueue<Object> queue, int hash, Entry<K,V> next) { super(key, queue); this.value = value; this.hash = hash; this.next = next; } // ... }
以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持我们。