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Java引用類型分析

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摘要:強(qiáng)引用是使用最普遍的引用,它是默認(rèn)的引用類型,不需要顯式聲明,在中沒(méi)有實(shí)際的類對(duì)應(yīng),可以把它理解為的內(nèi)置省略默認(rèn)引用類型。相同點(diǎn)當(dāng)執(zhí)行時(shí),兩者引用的對(duì)象都會(huì)被回收。這時(shí)已經(jīng)無(wú)法獲得引用的對(duì)象,并且對(duì)象被放入了。

概述

java.lang.ref 類庫(kù)包含一組類,為垃圾回收提供了更大的靈活性。

java.lang.ref 有三個(gè)繼承自抽象類 Reference 的類:

這三個(gè)類為垃圾回收器(GC)提供了不同級(jí)別的提示,使得GC以不同的策略回收對(duì)象。

StrongReference

強(qiáng)引用是使用最普遍的引用,它是默認(rèn)的引用類型,不需要顯式聲明,在java.lang.ref中沒(méi)有實(shí)際的類對(duì)應(yīng),可以把它理解為Java的內(nèi)置省略默認(rèn)引用類型。

具有強(qiáng)引用的對(duì)象, 只要對(duì)象是“可獲得的”(reachable),GC就承諾不會(huì)回收對(duì)象,即使JVM內(nèi)存不足,拋出OutOfMemoryError異常。

對(duì)象是“可獲得的”(reachable),是指此對(duì)象可在程序中的某處找到。這意味著你在內(nèi)存棧中有一個(gè)普通的引用,而它正指向此對(duì)象;也可能是你的引用指向某個(gè)對(duì)象,而那個(gè)對(duì)象含有另一個(gè)引用,指向正在討論的對(duì)象;也可能有更多的中間鏈接。

@Test
public void strongReferenceTest() {
    Object obj = new Object();
    System.gc();
    assertThat("obj沒(méi)被回收", obj, not(nullValue()));
}
SoftReference

只具有軟引用的對(duì)象,GC承諾在JVM內(nèi)存充足的時(shí)候不回收對(duì)象。

@Test
public void softReferenceTest() {
    SoftReference objSoftReference = new SoftReference(new Object());
    
    int index = 0;
    long[][] vars = new long[1024][];
    
    long maxMemory;
    long freeMemory;
    
    while(objSoftReference.get() != null) {
        maxMemory = Runtime.getRuntime().maxMemory(); //最大可用內(nèi)存
        freeMemory = Runtime.getRuntime().freeMemory(); //當(dāng)前JVM空閑內(nèi)存
        System.out.printf("maxMemory = %s, freeMemory = %s
", maxMemory, freeMemory);
    
        vars[index++] = new long[1024];
        System.gc();
    }
    assertThat("obj被回收了", objSoftReference.get(), nullValue());
}

執(zhí)行上面的用例,剛開(kāi)始objSoftReference引用的對(duì)象不會(huì)被GC回收,隨著內(nèi)存逐漸被吃掉,JVM開(kāi)始覺(jué)得內(nèi)存匱乏了才回收objSoftReference 引用的對(duì)象。

由此可見(jiàn),SoftReference在內(nèi)存充足的時(shí)候保持對(duì)象,在內(nèi)存匱乏的時(shí)候釋放對(duì)象。這種回收策略適合應(yīng)用在內(nèi)存敏感的高速緩存的場(chǎng)景。

注意: 執(zhí)行用例前需要設(shè)置JVM參數(shù): -Xmx1m,限制jvm的Java Heap最大值。

設(shè)置其他的值該用例可能執(zhí)行失敗,原因是:

new long[1024]可能越過(guò)了JVM內(nèi)存不充足的判斷邊界。

System.gc()調(diào)用頻率的限制。

WeakReference

只具有弱引用的對(duì)象,GC執(zhí)行時(shí)會(huì)馬上回收對(duì)象。

@Test
public void WeakReferenceTest() throws InterruptedException {
    ReferenceQueue referenceQueue = new ReferenceQueue();
    WeakReference objWeakReference = new WeakReference(new Object(), referenceQueue);

    assertThat("還沒(méi)有執(zhí)行GC, obj還沒(méi)被回收", objWeakReference.get(), not(nullValue()));
    assertThat("還沒(méi)有執(zhí)行GC, referenceQueue為空", referenceQueue.poll(), nullValue());

    System.gc();
    Thread.sleep(500);  // 確保GC執(zhí)行完成

    assertThat("執(zhí)行GC后, obj馬上被回收了", objWeakReference.get(), nullValue());
    assertThat("執(zhí)行GC后, objWeakReference被放入referenceQueue", objWeakReference, equalTo((Reference)referenceQueue.poll()));
}

由于GC線程的優(yōu)先級(jí)比較低,不一定會(huì)很快執(zhí)行GC,所以只具有弱引用的對(duì)象可能會(huì)繼續(xù)存活一段時(shí)間,這段時(shí)間內(nèi)可以通過(guò)get()方法繼續(xù)獲得引用的對(duì)象。當(dāng)GC回收對(duì)象后會(huì)把objWeakReference放入referenceQueue隊(duì)列中。

PhantomReference

只具有虛引用的對(duì)象,和 沒(méi)有任何引用一樣 ,無(wú)論它是否被回收,你永遠(yuǎn)也取不到引用的對(duì)象了,并且GC執(zhí)行時(shí)會(huì)馬上回收對(duì)象。

@Test
public void PhantomReferenceTest() throws InterruptedException {
    ReferenceQueue referenceQueue = new ReferenceQueue();
    PhantomReference objPhantomReference = new PhantomReference(new Object(), referenceQueue);

    assertThat("無(wú)法通過(guò)虛引用獲取到對(duì)象", objPhantomReference.get(), nullValue());
    assertThat("還沒(méi)有執(zhí)行GC, referenceQueue為空", referenceQueue.poll(), nullValue());

    System.gc();
    Thread.sleep(500);  // 確保GC執(zhí)行完成

    assertThat("無(wú)法通過(guò)虛引用獲取到對(duì)象", objPhantomReference.get(), nullValue());
    assertThat("執(zhí)行GC后, objPhantomReference被放入referenceQueue", objPhantomReference, equalTo((Reference)referenceQueue.poll()));
}

換言之,當(dāng)一個(gè)只具有虛引用的對(duì)象,你已經(jīng)失去了對(duì)它的所有控制權(quán)。唯一你可知的是: 對(duì)象是否被GC回收了,當(dāng)GC回收對(duì)象后和WeakReference一樣,GC會(huì)把objPhantomReference放入referenceQueue隊(duì)列中。

WeakReference vs PhantomReference

目前為止,我們已經(jīng)可以總結(jié)出WeakReferencePhantomReference的一些相同點(diǎn)和不同點(diǎn)。

相同點(diǎn):

當(dāng)GC執(zhí)行時(shí),兩者引用的對(duì)象都會(huì)被回收。

對(duì)象被回收后,引用對(duì)象本身都會(huì)被放入一個(gè)ReferenceQueue隊(duì)列中。

不同點(diǎn):

GC回收引用的對(duì)象前,WeakReference還有機(jī)會(huì)獲得引用的對(duì)象,而PhantomReference永遠(yuǎn)失去了和引用的對(duì)象之間的聯(lián)系。

使用SoftReferenceWeakReference時(shí),你可以選擇是否要將它們放入ReferenceQueue中。而PhantomReference只能依賴于ReferenceQueue,否則毫無(wú)用處。

除了以上的不同點(diǎn)外,WeakReferencePhantomReference之間還有一個(gè)最大的不同點(diǎn),先看用例:

Object obj = null;

@Test
public void WeakReferenceWhenFinalizeTest() throws InterruptedException {

    ReferenceQueue referenceQueue = new ReferenceQueue();
    WeakReference objWeakReference = new WeakReference(
        new Object() {
            public void finalize() {
                obj = this;
            }
        }, referenceQueue);

    assertThat("還沒(méi)有執(zhí)行GC, obj還沒(méi)被回收", objWeakReference.get(), not(nullValue()));
    assertThat("還沒(méi)有執(zhí)行GC, referenceQueue為空", referenceQueue.poll(), nullValue());

    System.gc();
    Thread.sleep(500);  // 確保GC執(zhí)行完成

    assertThat("執(zhí)行GC后, obj沒(méi)有被回收,但是無(wú)法獲取到對(duì)象", objWeakReference.get(), nullValue());
    assertThat("執(zhí)行GC后, obj沒(méi)有被回收,objWeakReference被放入referenceQueue", objWeakReference, equalTo((Reference)referenceQueue.poll()));
}
Object obj = null;

@Test
public void PhantomReferenceWhenFinalizeTest() throws InterruptedException {
    ReferenceQueue referenceQueue = new ReferenceQueue();
    PhantomReference objPhantomReference = new PhantomReference(
        new Object() {
            public void finalize() {
                obj = this;
            }
        }, referenceQueue);

    assertThat("無(wú)法通過(guò)虛引用獲取到對(duì)象", objPhantomReference.get(), nullValue());
    assertThat("還沒(méi)有執(zhí)行GC, referenceQueue為空", referenceQueue.poll(), nullValue());

    System.gc();
    Thread.sleep(500);  // 確保GC執(zhí)行完成

    assertThat("無(wú)法通過(guò)虛引用獲取到對(duì)象", objPhantomReference.get(), nullValue());
    assertThat("執(zhí)行GC后,obj沒(méi)有被回收,referenceQueue為空", referenceQueue.poll(), nullValue());
}

GC執(zhí)行時(shí),引用的對(duì)象通過(guò)finalize()再次將自己激活,GC最終并沒(méi)有釋放引用的對(duì)象。

這時(shí):

WeakReference已經(jīng)無(wú)法獲得引用的對(duì)象,并且WeakReference對(duì)象被放入了ReferenceQueue。

PhantomReference對(duì)象并沒(méi)有被放入ReferenceQueue

所以,PhantomReference區(qū)別于WeakReference最大的不同是PhantomReference對(duì)象只有在對(duì)象真正被回收后才會(huì)被放入ReferenceQueue

總結(jié)

如果你想繼續(xù)持有對(duì)某個(gè)對(duì)象的引用,希望以后還能夠訪問(wèn)到該對(duì)象,同時(shí)也允許垃圾回收器釋放它,這時(shí)就應(yīng)該使用Reference對(duì)象。

StrongReferenceSoftReference、WeakReferencePhantomReference由強(qiáng)到弱排列,應(yīng)用的場(chǎng)景也各不相同。

Softreference: 只在內(nèi)存不足時(shí)才被回收,主要用以實(shí)現(xiàn)內(nèi)存敏感的高速緩存。

WeakReference: 主要用以實(shí)現(xiàn) 規(guī)范映射 ,具體的實(shí)踐可以查看WeakHashMap的實(shí)現(xiàn)。

Phantomreference: 可以追蹤對(duì)象的回收事件,主要用以執(zhí)行回收前的清理工作,它比finalize()更靈活。

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