Java 中的四种引用类型

  

一、背景

Java的内存回收不需要程序员负责，JVM会在必要时启动Java GC完成垃圾回收。

Java以便我们控制对象的生存周期，提供给了我们四种引用方式，引用强度从强到弱分别为：强引用、软引用、弱引用、虚引用。

1. 强引用 StrongReference
2. 弱引用 WeakReference
3. 软引用 SoftReference
4. 虚引用 PhantomReference

二、简介

1. 强引用 StrongReference

StrongReference是Java的默认引用形式，使用时不需要显示定义。任何通过强引用所使用的对象不管系统资源有多紧张，Java GC都不会主动回收具有强引用的对象。

public class StrongReferenceTest {

    public static int M = 1024*1024;

    public static void printlnMemory(String tag){
        Runtime runtime = Runtime.getRuntime();
        int M = StrongReferenceTest.M;
        System.out.println("
"+tag+":");
        System.out.println(runtime.freeMemory()/M+"M(free)/" + runtime.totalMemory()/M+"M(total)");
    }
    
    public static void main(String[] args){
        StrongReferenceTest.printlnMemory("1.原可用内存和总内存");
        
        //实例化10M的数组并与strongReference建立强引用
        byte[] strongReference = new byte[10*StrongReferenceTest.M];
        StrongReferenceTest.printlnMemory("2.实例化10M的数组,并建立强引用");
        System.out.println("strongReference : "+strongReference);
        
        System.gc();
        StrongReferenceTest.printlnMemory("3.GC后");
        System.out.println("strongReference : "+strongReference);

        //strongReference = null;后,强引用断开了
        strongReference = null;
        StrongReferenceTest.printlnMemory("4.强引用断开后");
        System.out.println("strongReference : "+strongReference);
        
        System.gc();
        StrongReferenceTest.printlnMemory("5.GC后");
        System.out.println("strongReference : "+strongReference);
        }
}

2. 弱引用 WeakReference

如果一个对象只具有弱引用，无论内存充足与否，Java GC后对象如果只有弱引用将会被自动回收。

package com.mzj.reference;

import java.lang.ref.WeakReference;

/**
 * 2.弱引用 WeakReference
 * 如果一个对象只具有弱引用，无论内存充足与否，Java GC后对象如果只有弱引用将会被自动回收。
 */
public class WeakReferenceTest {

    public static int M = 1024 * 1024;

    public static void printlnMemory(String tag) {
        Runtime runtime = Runtime.getRuntime();
        int M = WeakReferenceTest.M;
        System.out.println("
" + tag + ":");
        System.out.println(runtime.freeMemory() / M + "M(free)/" + runtime.totalMemory() / M + "M(total)");
    }

    public static void main(String[] args) {
        WeakReferenceTest.printlnMemory("1.原可用内存和总内存");

        //创建弱引用
        WeakReference<Object> weakRerference = new WeakReference<>(new byte[10 * WeakReferenceTest.M]);
        WeakReferenceTest.printlnMemory("2.实例化10M的数组,并建立弱引用");
        System.out.println("weakRerference.get() : " + weakRerference.get());

        System.gc();
        StrongReferenceTest.printlnMemory("3.GC后");
        System.out.println("weakRerference.get() : " + weakRerference.get());
    }
}

3. 软引用 SoftReference

软引用和弱引用的特性基本一致， 主要的区别在于软引用在内存不足时才会被回收。如果一个对象只具有软引用，Java GC在内存充足的时候不会回收它，内存不足时才会被回收。

package com.mzj.reference;

import java.lang.ref.SoftReference;

/**
 * 3.软引用 SoftReference
 * 软引用和弱引用的特性基本一致， 主要的区别在于软引用在内存不足时才会被回收。
 * 如果一个对象只具有软引用，Java GC在内存充足的时候不会回收它，内存不足时才会被回收。
 */
public class SoftReferenceTest {

    public static int M = 1024 * 1024;

    public static void printlnMemory(String tag) {
        Runtime runtime = Runtime.getRuntime();
        int M = StrongReferenceTest.M;
        System.out.println("
" + tag + ":");
        System.out.println(runtime.freeMemory() / M + "M(free)/" + runtime.totalMemory() / M + "M(total)");
    }

    public static void main(String[] args) {
        SoftReferenceTest.printlnMemory("1.原可用内存和总内存");

        //建立软引用
        SoftReference<Object> softRerference = new SoftReference<Object>(new byte[10 * SoftReferenceTest.M]);
        SoftReferenceTest.printlnMemory("2.实例化10M的数组,并建立软引用");
        System.out.println("softRerference.get() : " + softRerference.get());

        System.gc();
        SoftReferenceTest.printlnMemory("3.内存可用容量充足，GC后");
        System.out.println("softRerference.get() : " + softRerference.get());

        //实例化一个4M的数组,使内存不够用,并建立软引用
        //free=10M=4M+10M-4M,证明内存可用量不足时，GC后byte[10*m]被回收
        SoftReference<Object> softRerference2 = new SoftReference<Object>(new byte[4 * SoftReferenceTest.M]);
        SoftReferenceTest.printlnMemory("4.实例化一个4M的数组后");
        System.out.println("softRerference.get() : " + softRerference.get());
        System.out.println("softRerference2.get() : " + softRerference2.get());
    }
}

4. 虚引用 PhantomReference

从PhantomReference类的源代码可以知道，它的get()方法无论何时返回的都只会是null。

所以单独使用虚引用时，没有什么意义，需要和引用队列ReferenceQueue类联合使用。

当执行Java GC时如果一个对象只有虚引用，就会把这个对象加入到与之关联的ReferenceQueue中。

package com.mzj.reference;

import java.lang.ref.PhantomReference;
import java.lang.ref.ReferenceQueue;

/**
 * 4.虚引用 PhantomReference
 * 从PhantomReference类的源代码可以知道，它的get()方法无论何时返回的都只会是null。
 * 所以单独使用虚引用时，没有什么意义，需要和引用队列ReferenceQueue类联合使用。
 * 当执行Java GC时如果一个对象只有虚引用，就会把这个对象加入到与之关联的ReferenceQueue中。
 */
public class PhantomReferenceTest {

    public static int M = 1024 * 1024;

    public static void printlnMemory(String tag) {
        Runtime runtime = Runtime.getRuntime();
        int M = PhantomReferenceTest.M;
        System.out.println("
" + tag + ":");
        System.out.println(runtime.freeMemory() / M + "M(free)/" + runtime.totalMemory() / M + "M(total)");
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        PhantomReferenceTest.printlnMemory("1.原可用内存和总内存");
        byte[] object = new byte[10 * PhantomReferenceTest.M];
        PhantomReferenceTest.printlnMemory("2.实例化10M的数组后");

        //建立虚引用
        ReferenceQueue<Object> referenceQueue = new ReferenceQueue<Object>();
        PhantomReference<Object> phantomReference = new PhantomReference<Object>(object, referenceQueue);

        PhantomReferenceTest.printlnMemory("3.建立虚引用后");
        System.out.println("phantomReference : " + phantomReference);
        System.out.println("phantomReference.get() : " + phantomReference.get());
        System.out.println("referenceQueue.poll() : " + referenceQueue.poll());

        //断开byte[10*PhantomReferenceTest.M]的强引用
        object = null;
        PhantomReferenceTest.printlnMemory("4.执行object = null;强引用断开后");

        System.gc();
        PhantomReferenceTest.printlnMemory("5.GC后");
        System.out.println("phantomReference : " + phantomReference);
        System.out.println("phantomReference.get() : " + phantomReference.get());
        System.out.println("referenceQueue.poll() : " + referenceQueue.poll());

        //断开虚引用
        phantomReference = null;
        System.gc();
        PhantomReferenceTest.printlnMemory("6.断开虚引用后GC");
        System.out.println("phantomReference : " + phantomReference);
        System.out.println("referenceQueue.poll() : " + referenceQueue.poll());
    }
}

三、小结

1、强引用是 Java 的默认引用形式，使用时不需要显示定义，是我们平时最常使用到的引用方式。

   不管系统资源有多紧张，Java GC都不会主动回收具有强引用的对象。

2、弱引用和软引用一般在引用对象为非必需对象的时候使用。

    它们的区别是被弱引用关联的对象在垃圾回收时总是会被回收，被软引用关联的对象只有在内存不足时才会被回收。

    虚引用的get()方法获取的永远是null，无法获取对象实例。Java GC会把虚引用的对象放到引用队列里面。

    可用来在对象被回收时做额外的一些资源清理或事物回滚等处理。

3、由于无法从虚引获取到引用对象的实例。它的使用情况比较特别，所以这里不把虚引用放入表格进行对比。

这里对强引用、弱引用、软引用进行对比：

引用类型	GC时JVM内存充足	GC时JVM内存不足
强引用	不被回收	不被回收
弱引用	被回收	被回收
软引用	不被回收	被回收