Java中四种引用详解

目录

• 强引用
• 软引用
• 弱引用
• 虚引用
• 总结

java 中的 4 种引用方式，适用于不同的场景，重点需要理解虚引用，结合文字和代码

强引用

被强引用的对象，不会被垃圾回收器回收，JVM 宁愿抛出 OOM 也不会去回收被强引用的对象；

M m = new M();

软引用

当堆空间够用时，GC 不会对软引用的对象进行回收，当堆空间不足以分配新的空间时，触发 GC 就会对这部分对象进行回收，通常用在缓存等领域。将缓存对象使用软引用，空间不足的时候释放这部分空间，需要再次使用的时候，重新从 DB 中加载即可。

另外软引用可以配合队列(ReferenceQueue) 来使用，如果软引用引用的对象被垃圾回收，JVM 会把软引用加入到与之关联的引用队列中。

/**
 * 软引用：一般用在缓存，只要空间不足，GC 跑起来就会回收它
 * 运行参数 -Xmx200m -XX:+PrintGC
 * Created by etfox on 2021/03/01 17:06
 **/
public class TestSoftReference {
    public static void main(String[] ags) throws InterruptedException {
        //100M的缓存数据
        byte[] cacheData = new byte[100 * 1024 * 1024];
        //将缓存数据用软引用持有
        SoftReference<byte[]> cacheRef = new SoftReference<>(cacheData);
        //将缓存数据的强引用去除
        cacheData = null;
        System.out.println("第一次GC前" + cacheData);
        System.out.println("第一次GC前" + cacheRef.get());
        //进行一次GC后查看对象的回收情况
        System.gc();
        //等待GC
        Thread.sleep(500);
        System.out.println("第一次GC后" + cacheData);
        System.out.println("第一次GC后" + cacheRef.get());
        //在分配一个120M的对象，看看缓存对象的回收情况
        byte[] newData = new byte[120 * 1024 * 1024];
        System.out.println("分配后" + cacheData);
        System.out.println("分配后" + cacheRef.get());
    }
}
console==>
[GC (Allocation Failure)  4120K->1055K(15872K), 0.0016237 secs]
[Full GC (Allocation Failure)  1055K->1054K(15872K), 0.0015426 secs]
第一次GC前null
第一次GC前[B@1973e9b
[Full GC (System.gc())  103583K->103455K(118340K), 0.0015559 secs]
第一次GC后null
第一次GC后[B@1973e9b
[GC (Allocation Failure)  105575K->103455K(198016K), 0.0001733 secs]
[Full GC (Allocation Failure)  103455K->103455K(198016K), 0.0011860 secs]
[Full GC (Allocation Failure)  103455K->819K(198016K), 0.0012080 secs]
分配后null
分配后null

弱引用

弱引用的引用对象在每次 GC 时，不管当前堆内存大小，都会将这个对象清除。如果此对象偶尔使用，并且希望需要用到的时候可以获取到，但是又不希望影响这个对象的回收，就可以使用弱引用来描述对象。

当然弱引用也可以结合事件队列使用。

/**
 * 弱引用：如果对象时偶尔使用，并且希望使用的时候就能获取到(get)，但是又不想影响此对象的垃圾收集
 * 可以引入队列
 * Created by etfox on 2021/03/01 17:59
 **/
public class TestWeakReference {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        //100M的缓存数据
        byte[] cacheData = new byte[100 * 1024 * 1024];
        //将缓存数据用软引用持有
        WeakReference<byte[]> cacheRef = new WeakReference<>(cacheData);
        System.out.println("第一次GC前" + cacheData);
        System.out.println("第一次GC前" + cacheRef.get());
        //进行一次GC后查看对象的回收情况
        System.gc();
        //等待GC
        Thread.sleep(500);
        System.out.println("第一次GC后" + cacheData);
        System.out.println("第一次GC后" + cacheRef.get());
        //将缓存数据的强引用去除
        cacheData = null;
        System.gc();
        //等待GC
        Thread.sleep(500);
        System.out.println("第二次GC后" + cacheData);
        System.out.println("第二次GC后" + cacheRef.get());
    }
}
console==>
[GC (Allocation Failure)  3912K->1025K(15872K), 0.0016372 secs]
[Full GC (Allocation Failure)  1025K->1024K(15872K), 0.0014157 secs]
第一次GC前[B@1973e9b
第一次GC前[B@1973e9b
[Full GC (System.gc())  103723K->103456K(118340K), 0.0016463 secs]
第一次GC后[B@1973e9b
第一次GC后[B@1973e9b
[Full GC (System.gc())  105601K->1056K(198016K), 0.0012771 secs]
第二次GC后null
第二次GC后null

虚引用

虚引用，顾名思义是虚幻的，虚引用的对象并不能在 get 的时候获取到它。它也在我们日常开发中没有适用的场景，它的主要作用是用来跟踪一个对象的生命周期 (通常来说是直接内存 [JDK1.5 Java 中除了由 JVM 管理的空间，还可以在内存中直接分配对象]中的对象)，一般使用在 JVM 的开发中，主要用来管理直接内存，因为直接内存通常 GC 无法管理这一块内存（C++ delete 完事），需要特殊处理。

例如 NIO 的 ByteBuffer.allocateDirect(1024); 分配内存到直接内存空间中，通常来说从网卡中读取的数据，由操作系统读取到直接内存中，在需要使用的时候，需要拷贝到 JVM 堆空间中，如果不使用 allocateDirect 就需要一个拷贝的过程，这是非常消耗时间的，

// |-- ---| | --------| |------------|
// | 网卡 | ==> | 直接内存 | == copy ==> | JVM 堆空间 |
// |--- --| | ------- | |------------|

使用直接存内存省略了拷贝的过程，俗称 nio 的 zero copy，但是直接内存中的对象在不需要使用的时候无法通过正常 GC 过程去管理这一块空间，所以用到了虚引用，

解释：

虚引用需要配合一个事件队列一起使用，JVM GC 的时候并不是说把虚引用的引用清理掉完事，而是说会把虚引用的引用放到事件队列当中，垃圾回收线程会时不时的去检查这个事件队列，看一下引用的回收过程需不需要做一些后续善后处理（例如清理直接内存中的对象，这玩意儿由实现人去弄）这就是虚引用的作用和含义了。

/**
 * 虚引用：可以通过队列跟踪一个对象的生命周期，一般在写 JVM 相关的时候才会用到虚引用，主要用来管理直接内存(C++ delete 一下子完事)
 * -Xmx20m -XX:+PrintGC
 * Created by etfox on 2021/03/03 12:14
 **/
public class TestPhantomReference {
    private static final List<Object> LIST = new LinkedList<>();
    private static final ReferenceQueue<M> QUEUE = new ReferenceQueue<>();
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        final PhantomReference<M> phantomReference = new PhantomReference<>(new M(), QUEUE);
        // 永远都会返回 null
        System.out.println(phantomReference.get());
        // ByteBuffer.allocateDirect(1024); 分配内存到操作系统的空间，直接内存的空间， JDK 1.5
        // 通常从网卡读取的数据，通常由系统读取到直接内存里面，如果想用，需要拷贝到 JVM 堆空间里
        // 如果不使用 allocateDirect(直接内存) 就需要一个拷贝的过程，是非常消耗时间的
        // |-- ---|     | --------|             |------------|
        // | 网卡  | ==> | 直接内存 | == copy ==> |  JVM 堆空间 |
        // |--- --|     | ------- |             |------------|
        // 使用直接内存省略了拷贝的过程，俗称 nio zero copy
        // 但是直接内存中的对象在不再需要的时候无法由 JVM 去 GC 清理内存，所以用到了虚引用
        // 虚引用需要和一个队列一起使用，JVM GC 时并不是说会把虚引用的引用清理，而是说会把虚引用的引用放到事件队列中
        // 垃圾回收线程可以时不时的检查这个事件队列，看一下这个引用的回收过程需不需要做一些善后处理(例如清理直接内存的那个对象)
        // 这就是虚引用的作用和含义
        ByteBuffer b = ByteBuffer.allocateDirect(1024);
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                while (true) {
                    LIST.add(new byte[1024 * 1024]);
                    try {
                        Thread.sleep(1000);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(phantomReference.get());
                }
            }
        }).start();
        // 模拟垃圾回收线程
        new Thread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                while (true) {
                    Reference<? extends M> poll = QUEUE.poll();
                    if (poll != null) {
                        System.out.println("虚引用对象被 JVM 回收了 " + poll);
                    }
                }
            }
        }).start();
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    public static class M {
        @Override
        protected void finalize() throws Throwable {
            System.out.println("当对象将被回收时, GC 会调用当前方法");
        }
    }
}
console==>
null
[GC (Allocation Failure)  3493K->1061K(15872K), 0.0017311 secs]
当对象将被回收时, GC 会调用当前方法
null
null
null
[GC (Allocation Failure)  4483K->4132K(15872K), 0.0020184 secs]
null
null
null
null
[GC (Allocation Failure)  8299K->8228K(15872K), 0.0017350 secs]
null
null
null
null
[GC (Allocation Failure)  12401K->12324K(17928K), 0.0016853 secs]
[Full GC (Allocation Failure)  12324K->12324K(17928K), 0.0011354 secs]
虚引用对象被 JVM 回收了 java.lang.ref.PhantomReference@d5fbc1
null
null
null
null
null
[Full GC (Allocation Failure)  17599K->17445K(19840K), 0.0019903 secs]
null
[Full GC (Allocation Failure)  18524K->18469K(19840K), 0.0011629 secs]
[Full GC (Allocation Failure)  18469K->18232K(19840K), 0.0022320 secs]
Exception in thread "Thread-0" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
	at com.pangu.TestPhantomReference$1.run(TestPhantomReference.java:41)
	at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

总结

本篇文章就到这里了，希望能够给你带来帮助，也希望您能够多多关注我们的更多内容!