Java 引用类型简述

原文出处： 林玲 投稿

强引用 ( Strong Reference )

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。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。 ps：强引用其实也就是我们平时A a = new A()这个意思。

强引用特性

• 强引用可以直接访问目标对象。
• 强引用所指向的对象在任何时候都不会被系统回收。
• 强引用可能导致内存泄漏。

Final Reference

• 当前类是否是finalizer类，注意这里finalizer是由JVM来标志的( 后面简称f类 )，并不是指java.lang.ref.Fianlizer类。但是f类是会被JVM注册到java.lang.ref.Fianlizer类中的。

① 当前类或父类中含有一个参数为空，返回值为void的名为finalize的方法。
② 并且该finalize方法必须非空

• GC 回收问题

1. 对象因为Finalizer的引用而变成了一个临时的强引用，即使没有其他的强引用，还是无法立即被回收；
2. 对象至少经历两次GC才能被回收，因为只有在FinalizerThread执行完了f对象的finalize方法的情况下才有可能被下次GC回收，而有可能期间已经经历过多次GC了，但是一直还没执行对象的finalize方法；
3. CPU资源比较稀缺的情况下FinalizerThread线程有可能因为优先级比较低而延迟执行对象的finalize方法；
4. 因为对象的finalize方法迟迟没有执行，有可能会导致大部分f对象进入到old分代，此时容易引发old分代的GC，甚至Full GC，GC暂停时间明显变长，甚至导致OOM；
5. 对象的finalize方法被调用后，这个对象其实还并没有被回收，虽然可能在不久的将来会被回收。

详见：JVM源码分析之FinalReference完全解读 – 你假笨

软引用 ( Soft Reference )

是用来描述一些还有用但并非必须的对象。对于软引用关联着的对象，在系统将要发生内存溢出异常之前，将会把这些对象列进回收范围之中进行第二次回收。如果这次回收还没有足够的内存，才会抛出内存溢出异常。

对于软引用关联着的对象，如果内存充足，则垃圾回收器不会回收该对象，如果内存不够了，就会回收这些对象的内存。在 JDK 1.2 之后，提供了 SoftReference 类来实现软引用。软引用可用来实现内存敏感的高速缓存。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。

注意：Java 垃圾回收器准备对SoftReference所指向的对象进行回收时，调用对象的 finalize() 方法之前，SoftReference对象自身会被加入到这个 ReferenceQueue 对象中，此时可以通过 ReferenceQueue 的 poll() 方法取到它们。

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/**  * 软引用：对于软引用关联着的对象，在系统将要发生内存溢出异常之前，将会把这些对象列进回收范围之中进行第二次回收( 因为是在第一次回收后才会发现内存依旧不充足，才有了这第二次回收 )。如果这次回收还没有足够的内存，才会抛出内存溢出异常。  * 对于软引用关联着的对象，如果内存充足，则垃圾回收器不会回收该对象，如果内存不够了，就会回收这些对象的内存。  * 通过debug发现，软引用在pending状态时，referent就已经是null了。  *  * 启动参数：-Xmx5m  *  */ public class SoftReferenceDemo {     private static ReferenceQueue queue = new ReferenceQueue<>();     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {         Thread.sleep(3000);         MyObject object = new MyObject();         SoftReference softRef = new SoftReference(object, queue);         new Thread(new CheckRefQueue()).start();         object = null;         System.gc();         System.out.println('After GC : Soft Get = ' + softRef.get());         System.out.println('分配大块内存');         /**          * ====================== 控制台打印 ======================          * After GC : Soft Get = I am MyObject.          * 分配大块内存          * MyObject's finalize called          * Object for softReference is null          * After new byte[] : Soft Get = null          * ====================== 控制台打印 ======================          *          * 总共触发了 3 次 full gc。第一次有System.gc();触发；第二次在在分配new byte[5*1024*740]时触发，然后发现内存不够，于是将softRef列入回收返回，接着进行了第三次full gc。          */ //        byte[] b = new byte[5*1024*740];         /**          * ====================== 控制台打印 ======================          * After GC : Soft Get = I am MyObject.          * 分配大块内存          * Exception in thread 'main' java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space          *      at com.bayern.multi_thread.part5.SoftReferenceDemo.main(SoftReferenceDemo.java:21)          * MyObject's finalize called          * Object for softReference is null          * ====================== 控制台打印 ======================          *          * 也是触发了 3 次 full gc。第一次有System.gc();触发；第二次在在分配new byte[5*1024*740]时触发，然后发现内存不够，于是将softRef列入回收返回，接着进行了第三次full gc。当第三次 full gc 后发现内存依旧不够用于分配new byte[5*1024*740]，则就抛出了OutOfMemoryError异常。          */         byte[] b = new byte[5*1024*790];         System.out.println('After new byte[] : Soft Get = ' + softRef.get());     }     public static class CheckRefQueue implements Runnable {         Reference obj = null;         @Override         public void run() {             try {                 obj = (Reference) queue.remove();             } catch (InterruptedException e) {                 e.printStackTrace();             }             if (obj != null) {                 System.out.println('Object for softReference is ' + obj.get());             }         }     }     public static class MyObject {         @Override         protected void finalize() throws Throwable {             System.out.println('MyObject's finalize called');             super.finalize();         }         @Override         public String toString() {             return 'I am MyObject.';         }     } }

弱引用 ( Weak Reference )

用来描述非必须的对象，但是它的强度比软引用更弱一些，被弱引用关联的对象只能生存到下一次垃圾收集发生之前。当垃圾收集器工作时，无论当前内存是否足够，都会回收掉只被弱引用关联的对象。一旦一个弱引用对象被垃圾回收器回收，便会加入到一个注册引用队列中。

注意：Java 垃圾回收器准备对WeakReference所指向的对象进行回收时，调用对象的 finalize() 方法之前，WeakReference对象自身会被加入到这个 ReferenceQueue 对象中，此时可以通过 ReferenceQueue 的 poll() 方法取到它们。

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/**  * 用来描述非必须的对象，但是它的强度比软引用更弱一些，被弱引用关联的对象只能生存到下一次垃圾收集发送之前。当垃圾收集器工作时，无论当前内存是否足够，都会回收掉只被弱引用关联的对象。一旦一个弱引用对象被垃圾回收器回收，便会加入到一个注册引用队列中。  */ public class WeakReferenceDemo {     private static ReferenceQueue queue = new ReferenceQueue<>();     public static void main(String[] args) {         MyObject object = new MyObject();         Reference weakRef = new WeakReference<>(object, queue);         System.out.println('创建的弱引用为 : ' + weakRef);         new Thread(new CheckRefQueue()).start();         object = null;         System.out.println('Before GC: Weak Get = ' + weakRef.get());         System.gc();         System.out.println('After GC: Weak Get = ' + weakRef.get());         /**          * ====================== 控制台打印 ======================          * 创建的弱引用为 : java.lang.ref.WeakReference@1d44bcfa          * Before GC: Weak Get = I am MyObject          * After GC: Weak Get = null          * MyObject's finalize called          * 删除的弱引用为 : java.lang.ref.WeakReference@1d44bcfa , 获取到的弱引用的对象为 : null          * ====================== 控制台打印 ======================          */     }     public static class CheckRefQueue implements Runnable {         Reference obj = null;         @Override         public void run() {             try {                 obj = (Reference)queue.remove();             } catch (InterruptedException e) {                 e.printStackTrace();             }             if(obj != null) {                 System.out.println('删除的弱引用为 : ' + obj + ' , 获取到的弱引用的对象为 : ' + obj.get());             }         }     }     public static class MyObject {         @Override         protected void finalize() throws Throwable {             System.out.println('MyObject's finalize called');             super.finalize();         }         @Override         public String toString() {             return 'I am MyObject';         }     } }

虚引用 ( Phantom Reference )

PhantomReference 是所有“弱引用”中最弱的引用类型。不同于软引用和弱引用，虚引用无法通过 get() 方法来取得目标对象的强引用从而使用目标对象，观察源码可以发现 get() 被重写为永远返回 null。

那虚引用到底有什么作用？其实虚引用主要被用来 跟踪对象被垃圾回收的状态，通过查看引用队列中是否包含对象所对应的虚引用来判断它是否 即将被垃圾回收，从而采取行动。它并不被期待用来取得目标对象的引用，而目标对象被回收前，它的引用会被放入一个 ReferenceQueue 对象中，从而达到跟踪对象垃圾回收的作用。

当phantomReference被放入队列时，说明referent的finalize()方法已经调用，并且垃圾收集器准备回收它的内存了。

注意：PhantomReference 只有当 Java 垃圾回收器对其所指向的对象真正进行回收时，会将其加入到这个 ReferenceQueue 对象中，这样就可以追综对象的销毁情况。这里referent对象的finalize()方法已经调用过了。

所以具体用法和之前两个有所不同，它必须传入一个 ReferenceQueue 对象。当虚引用所引用对象准备被垃圾回收时，虚引用会被添加到这个队列中。

Demo1：

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/**  * 虚引用也称为幽灵引用或者幻影引用，它是最弱的一种引用关系。一个持有虚引用的对象，和没有引用几乎是一样的，随时都有可能被垃圾回收器回收。  * 虚引用必须和引用队列一起使用，它的作用在于跟踪垃圾回收过程。  * 当phantomReference被放入队列时，说明referent的finalize()方法已经调用，并且垃圾收集器准备回收它的内存了。  */ public class PhantomReferenceDemo {     private static ReferenceQueue queue = new ReferenceQueue<>();     public static void main(String[] args) throws InterruptedException {         MyObject object = new MyObject();         Reference phanRef = new PhantomReference<>(object, queue);         System.out.println('创建的虚拟引用为 : ' + phanRef);         new Thread(new CheckRefQueue()).start();         object = null;         int i = 1;         while (true) {             System.out.println('第' + i++ + '次GC');             System.gc();             TimeUnit.SECONDS.sleep(1);         }         /**          * ====================== 控制台打印 ======================          * 创建的虚拟引用为 : java.lang.ref.PhantomReference@1d44bcfa          * 第1次GC          * MyObject's finalize called          * 第2次GC          * 删除的虚引用为: java.lang.ref.PhantomReference@1d44bcfa , 获取虚引用的对象 : null          * ====================== 控制台打印 ======================          *          * 再经过一次GC之后，系统找到了垃圾对象，并调用finalize()方法回收内存，但没有立即加入PhantomReference Queue中。因为MyObject对象重写了finalize()方法，并且该方法是一个非空实现，所以这里MyObject也是一个Final Reference。所以地刺GC完成的是Final Reference的事情。          * 第二次GC时，该对象真处理PhantomReference，此时，将PhantomReference加入虚引用队列( PhantomReference Queue )。          * 而且每次gc之间需要停顿一些时间，已给JVM足够的处理时间；如果这里没有TimeUnit.SECONDS.sleep(1); 可能需要gc到第5、6次才会成功。          */     }     public static class MyObject {         @Override         protected void finalize() throws Throwable {             System.out.println('MyObject's finalize called');             super.finalize();         }         @Override         public String toString() {             return 'I am MyObject';         }     }     public static  class CheckRefQueue implements Runnable {         Reference obj = null;         @Override         public void run() {             try {                 obj = (Reference)queue.remove();                 System.out.println('删除的虚引用为: ' + obj + ' , 获取虚引用的对象 : ' + obj.get());                 System.exit(0);             } catch (InterruptedException e) {                 e.printStackTrace();             }         }     } }

Q：了解下System.gc()操作，如果连续调用，若前一次没完成，后一次可能会失效，所以连接调用System.gc()其实作用不大？
A：关于上面例子的问题我们要补充两点

① 首先我们先来看下System.gc()的doc文档：

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/**      * Runs the garbage collector.      *      * Calling the gc method suggests that the Java Virtual      * Machine expend effort toward recycling unused objects in order to      * make the memory they currently occupy available for quick reuse.      * When control returns from the method call, the Java Virtual      * Machine has made a best effort to reclaim space from all discarded      * objects.      *      * The call System.gc() is effectively equivalent to the      * call:      *      * Runtime.getRuntime().gc()      *      *      * @see     java.lang.Runtime#gc()      */     public static void gc() {         Runtime.getRuntime().gc();     }

当这个方法返回的时候，Java虚拟机已经尽最大努力去回收所有丢弃对象的空间了。

因此不存在这System.gc()操作连续调用时，若前一次没完成，后一次可能会失效的情况。以及“所以连接调用System.gc()其实作用不大”这个说法不对，应该说连续调用System.gc()对性能可定是有影响的，但作用之一就是可以清除“漂浮垃圾”。

② 同时需要特别注意的是对于已经没有地方引用的这些f对象，并不会在最近的那一次gc里马上回收掉，而是会延迟到下一个或者下几个gc时才被回收，因为执行finalize方法的动作无法在gc过程中执行，万一finalize方法执行很长呢，所以只能在这个gc周期里将这个垃圾对象重新标活，直到执行完finalize方法将Final Reference从queue里删除，这样下次gc的时候就真的是漂浮垃圾了会被回收。

Demo2:

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public class PhantomReferenceDemo2 {     public static void main(String[] args) {         ReferenceQueue queue = new ReferenceQueue<>();         MyObject object = new MyObject();         Reference phanRef = new PhantomReference<>(object, queue);         System.out.println('创建的虚拟引用为 : ' + phanRef);         object = null;         System.out.println(phanRef.get());         System.gc();         System.out.println('referent : ' + phanRef);         System.out.println(queue.poll() == phanRef); //true         /**          * ====================== 控制台打印 ======================          * 创建的虚拟引用为 : java.lang.ref.PhantomReference@1d44bcfa          * null          * referent : java.lang.ref.PhantomReference@1d44bcfa          * true          * ====================== 控制台打印 ======================          *          * 这里因为MyObject没有重写finalize()方法，所以这里的在System.gc()后就会处理PhantomReference加入到PhantomReference Queue中。          */     }     public static class MyObject {         @Override         public String toString() {             return 'I am MyObject';         }     } }