Java基础｜强引用、弱引用、软引用、虚引用

前言

在ThreadLocal源码中，其中嵌套类ThreadLocalMap中的Entry继承了WeakReferenc。Java中提供这四种引用类型主要有两个目的：第一是可以让程序员通过代码的方式决定某些对象的生命周期;第二是有利于JVM进行垃圾回收。

强引用(StrongReference)

强引用是使用最普遍的引用。如果一个对象具有强引用，那垃圾回收器绝不会回收它。如下：

 //强引用 
Object o=new Object(); 

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的问题。如果不使用时，要通过如下方式来弱化引用，如下：

// 帮助垃圾收集器回收此对象 
o=null;

显式地设置o为null，或超出对象的生命周期范围，则gc认为该对象不存在引用，这时就可以回收这个对象。具体什么时候收集这要取决于gc的算法。

举例：

public void test(){ 
    Object o=new Object(); 
    // 省略其他操作 
} 

在一个方法的内部有一个强引用，这个引用保存在栈中，而真正的引用内容(Object)保存在堆中。当这个方法运行完成后就会退出方法栈，则引用内容的引用不存在，这个Object会被回收。

但是如果这个o是全局变量时，就需要在不用这个对象时赋值为null，因为强引用不会被垃圾回收。

强引用在实际中又非常重要的用处，举个ArrayList的实现源代码：

private transient Object[] elementData; 
public void clear() { 
    modCount++; 
    // Let gc do its work 
    for (int i = 0; i < size; i++) 
       elementData[i] = null; 
    size = 0; 
} 

在ArrayList类中定义了一个私有的变量elementData数组，在调用方法清空数组时可以看到为每个数组内容赋值为null。不同于elementData=null，强引用仍然存在，避免在后续调用 add()等方法添加元素时进行重新的内存分配。使用如clear()方法中释放内存的方法对数组中存放的引用类型特别适用，这样就可以及时释放内存。

软引用(SoftReference)

软引用是用来描述一些有用但并不是必需的对象，在Java中用java.lang.ref.SoftReference类来表示。对于软引用关联着的对象，只有在内存不足的时候JVM才会回收该对象。因此，这一点可以很好地用来解决OOM的问题，并且这个特性很适合用来实现缓存：比如网页缓存、图片缓存等。

如果一个对象只具有软引用，则内存空间足够，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。

// 强引用
String str=new String("abc"); 
// 软引用 
SoftReference<String> softRef=new SoftReference<String>(str);    

当内存不足时，等价于：

if(JVM.内存不足()) { 
   // 转换为软引用 
   str = null;  
   // 垃圾回收器进行回收 
   System.gc(); 
} 

软引用在实际中有重要的应用，例如浏览器的后退按钮。按后退时，这个后退时显示的网页内容是重新进行请求还是从缓存中取出呢?这就要看具体的实现策略了。

• 如果一个网页在浏览结束时就进行内容的回收，则按后退查看前面浏览过的页面时，需要重新构建
• 如果将浏览过的网页存储到内存中会造成内存的大量浪费，甚至会造成内存溢出

这时候就可以使用软引用

// 获取页面进行浏览 
Browser prev = new Browser();
// 浏览完毕后置为软引用
SoftReference sr = new SoftReference(prev); 
if(sr.get()!=null){  
    // 还没有被回收器回收，直接获取
    rev = (Browser) sr.get();
}else{ 
    // 由于内存吃紧，所以对软引用的对象回收了
    prev = new Browser();
    // 重新构建
    sr = new SoftReference(prev);
} 

这样就很好的解决了实际的问题。

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器回收，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。

弱引用(WeakReference)

弱引用也是用来描述非必需对象的，当JVM进行垃圾回收时，无论内存是否充足，都会回收被弱引用关联的对象。在java中，用java.lang.ref.WeakReference类来表示。

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。

String str=new String("abc");     
WeakReference<String> abcWeakRef = new WeakReference<String>(str); 
str=null; 

当垃圾回收器进行扫描回收时等价于：

str = null; 
System.gc(); 

如果这个对象是偶尔的使用，并且希望在使用时随时就能获取到，但又不想影响此对象的垃圾收集，那么你应该用 WeakReference 来记住此对象。

下面的代码会让str再次变为一个强引用：

String  abc = abcWeakRef.get(); 

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。

当你想引用一个对象，但是这个对象有自己的生命周期，你不想介入这个对象的生命周期，这时候你就是用弱引用。

这个引用不会在对象的垃圾回收判断中产生任何附加的影响

import java.lang.ref.Reference; 
import java.lang.ref.ReferenceQueue; 
import java.lang.ref.WeakReference; 
import java.util.LinkedList; 
 
public class ReferenceTest { 
 
    private static ReferenceQueue<NiuhBig> rq = new ReferenceQueue<NiuhBig>(); 
 
    public static void checkQueue() { 
        Reference<? extends NiuhBig> ref = null; 
        while ((ref = rq.poll()) != null) { 
            if (ref != null) { 
                System.out.println("In queue: "    + ((NiuhBigWeakReference) (ref)).id); 
            } 
        } 
    } 
 
    public static void main(String args[]) { 
        int size = 3; 
        LinkedList<WeakReference<NiuhBig>> weakList = new LinkedList<WeakReference<NiuhBig>>(); 
        for (int i = 0; i < size; i++) { 
            weakList.add(new NiuhBigWeakReference(new NiuhBig("Weak " + i), rq)); 
            System.out.println("Just created weak: " + weakList.getLast()); 
 
        } 
 
        System.gc(); 
        try { // 下面休息几分钟，让上面的垃圾回收线程运行完成 
            Thread.currentThread().sleep(6000); 
        } catch (InterruptedException e) { 
            e.printStackTrace(); 
        } 
        checkQueue(); 
    } 
} 
 
class NiuhBig { 
    public String id; 
    // 占用空间,让线程进行回收 
    byte[] b = new byte[2 * 1024]; 
 
    public NiuhBig(String id) { 
        this.id = id; 
    } 
 
    protected void finalize() { 
        System.out.println("Finalizing NiuhBig " + id); 
    } 
} 
 
class NiuhBigWeakReference extends WeakReference<NiuhBig> { 
    public String id; 
 
    public NiuhBigWeakReference(NiuhBig big, ReferenceQueue<NiuhBig> rq) { 
        super(big, rq); 
        this.id = big.id; 
    } 
 
    protected void finalize() { 
        System.out.println("Finalizing NiuhBigWeakReference " + id); 
    } 
} 

最后的输出结果为：

Just created weak: com.niuh.NiuhBigWeakReference@3d075dc0 
Just created weak: com.niuh.NiuhBigWeakReference@214c265e 
Just created weak: com.niuh.NiuhBigWeakReference@448139f0 
Finalizing NiuhBig Weak 2 
Finalizing NiuhBig Weak 1 
Finalizing NiuhBig Weak 0 
In queue: Weak 2 
In queue: Weak 1 
In queue: Weak 0 

虚引用(PhantomReference)

“虚引用”顾名思义，就是形同虚设，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器回收。

虚引用主要用来跟踪对象被垃圾回收器回收的活动。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。 **

总结

Java 4种引用的级别由高到低依次为：

• 强引用 > 软引用 > 弱引用 > 虚引用

通过图来看一下他们之间在垃圾回收时的区别：

               

当垃圾回收器回收时，某些对象会被回收，某些不会被回收。垃圾回收器会从根对象Object来标记存活的对象，然后将某些不可达的对象和一些引用的对象进行回收，通过表格来说明一下，如下：

               

在实际程序设计中一般很少使用弱引用与虚引用，使用软引用的情况较多，这是因为软引用可以加速JVM对垃圾内存的回收速度，可以维护系统的运行安全，防止内存溢出(OutOfMemory)等问题的产生。