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JVM—JAVA的四种引用

JAVA 西门飞冰 181℃
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1.概述

我们希望能描述这样一类对象:当内存空间还足够时,则能保留在内存中;如果内存空间在进行垃圾收集后还是很紧张,则可以抛弃这些对象。

针对这个需求在JDK1.2版之后,Java对引用的概念进行了扩充,将引用分为:

  • 强引用(Strong Reference)
  • 软引用(Soft Reference)
  • 弱引用(Weak Reference)
  • 虚引用(Phantom Reference)

这4种引用强度依次逐渐减弱。除强引用外,其他3种引用均可以在java.lang.ref包中找到它们的身影。如下图,显示了这3种引用类型对应的类,开发人员可以在应用程序中直接使用它们。

image-20221019181824882

主要有两个目的:

  • 可以让程序员通过代码的方式决定某些对象的生命周期;
  • 有利于JVM进行垃圾回收

注意强、软、弱、虚引用的垃圾回收,仅是在有引用还在的情况下有效,要是没有引用的对象,不论什么引用类型都是垃圾

2.强引用—不回收

在Java程序中,最常见的引用类型是强引用(普通系统99%以上都是强引用),也就是我们最常见的普通对象引用,也是默认的引用类型

当在Java语言中使用new操作符创建一个新的对象,并将其赋值给一个变量的时候,这个变量就成为指向该对象的一个强引用。

只要强引用的对象是可触及的,垃圾收集器就永远不会回收掉被引用的对象。只要强引用的对象是可达的,jvm宁可报OOM,也不会回收强引用。

对于一个普通的对象,如果没有其他的引用关系,只要超过了引用的作用域或者显式地将相应(强)引用赋值为null,就是可以当做垃圾被收集了,当然具体回收时机还是要看垃圾收集策略。

相对的,软引用、弱引用和虚引用的对象是软可触及、弱可触及和虚可触及的,在一定条件下,都是可以被回收的。所以,强引用是造成Java内存泄漏的主要原因之一

强引用代码举例:

//强引用的测试
public class StrongReferenceTest {
    public static void main(String[] args) {
        StringBuffer str = new StringBuffer ("Hello,飞冰");
        StringBuffer str1 = str;

        str = null;
        System.gc();

        try {
          	// 延时主要为了保障gc正常完成,不会因为gc延迟影响测试
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        System.out.println(str1);
    }
}

运行测试代码可以正常执行,说明手动gc没有生效

原因:局部变量str指向stringBuffer实例所在堆空间,通过str可以操作该实例,那么str就是stringBuffer实例的强引用对应内存结构:

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3.软引用—内存不足即回收

软引用是用来描述一些还有用,但非必需的对象。只被软引用关联着的对象,在系统将要发生内存溢出异常前,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。注意,这里的第一次回收是不可达的对象

软引用通常用来实现内存敏感的缓存。比如:高速缓存就有用到软引用。如果还有空闲内存,就可以暂时保留缓存,当内存不足时清理掉,这样就保证了使用缓存的同时,不会耗尽内存。

一句话概括:当内存足够时,不会回收软引用可达的对象。内存不够时,会回收软引用的可达对象

软引用实现:

Object obj = new Object();// 声明强引用
SoftReference<Object> sf = new SoftReference<>(obj);	// 将强引用对象传递给软引用
obj = null; //销毁强引用

4.弱引用—发现即回收

弱引用也是用来描述那些非必需对象,被弱引用关联的对象只能生存到下一次垃圾收集发生为止。在系统GC时,只要发现弱引用,不管系统堆空间使用是否充足,都会回收掉只被弱引用关联的对象

但是,由于垃圾回收器的线程通常优先级很低,因此,并不一定能很快地发现持有弱引用的对象。在这种情况下,弱引用对象可以存在较长的时间。

软引用、弱引用都非常适合来保存那些可有可无的缓存数据。如果这么做,当系统内存不足时,这些缓存数据会被回收,不会导致内存溢出。而当内存资源充足时,这些缓存数据又可以存在相当长的时间,从而起到加速系统的作用。

弱引用实现:

Object obj = new Object();	// 声明强引用
WeakReference<Object> sf = new WeakReference<>(obj);	// 将强引用对象传递给弱引用
obj = null; //销毁强引用

弱引用对象与软引用对象的最大不同就在于,当GC在进行回收时,需要通过算法检查是否回收软引用对象,而对于弱引用对象,GC总是进行回收。弱引用对象更容易、更快被GC回收。

5.虚引用—对象回收跟踪

是所有引用类型中最弱的一个

一个对象是否有虚引用的存在,完全不会决定对象的生命周期。如果一个对象仅持有虚引用,那么它和没有引用几乎是一样的,随时都可能被垃圾回收器回收。

它不能单独使用,也无法通过虚引用来获取被引用的对象。当试图通过虚引用的get()方法取得对象时,总是null 。即通过虚引用无法获取到我们的数据

为一个对象设置虚引用关联的唯一目的在于跟踪垃圾回收过程。比如:能在这个对象被收集器回收时收到一个系统通知。

引用必须和引用队列一起使用。虚引用在创建时必须提供一个引用队列作为参数。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,就会在回收对象后,将这个虚引用加入引用队列,以通知应用程序对象的回收情况。

由于虚引用可以跟踪对象的回收时间,因此,也可以将一些资源释放操作放置在虚引用中执行和记录。

虚引用实现:

Object obj = new Object();	// 声明强引用
ReferenceQueue phantomQueue = new ReferenceQueue(); // 声明引用队列
PhantomReference<Object> sf = new PhantomReference<>(obj, phantomQueue); // 声明虚引用(还需要传入引用队列)
obj = null;  //销毁强引用

虚引用代码示例:

public class PhantomReferenceTest {
    public static PhantomReferenceTest obj;//当前类对象的声明
    static ReferenceQueue<PhantomReferenceTest> phantomQueue = null;//引用队列

    public static class CheckRefQueue extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            while (true) {
                if (phantomQueue != null) {
                    PhantomReference<PhantomReferenceTest> objt = null;
                    try {
                        objt = (PhantomReference<PhantomReferenceTest>) phantomQueue.remove();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    if (objt != null) {
                        System.out.println("追踪垃圾回收过程:PhantomReferenceTest实例被GC了");
                    }
                }
            }
        }
    }

    @Override
    protected void finalize() throws Throwable { //finalize()方法只能被调用一次!
        super.finalize();
        System.out.println("调用当前类的finalize()方法");
        obj = this;
    }

    public static void main(String[] args) {
        Thread t = new CheckRefQueue();
        t.setDaemon(true);//设置为守护线程:当程序中没有非守护线程时,守护线程也就执行结束。
        t.start();

        phantomQueue = new ReferenceQueue<PhantomReferenceTest>();
        obj = new PhantomReferenceTest();
        //构造了 PhantomReferenceTest 对象的虚引用,并指定了引用队列
        PhantomReference<PhantomReferenceTest> phantomRef = new PhantomReference<PhantomReferenceTest>(obj, phantomQueue);

        try {
            //不可获取虚引用中的对象
            System.out.println(phantomRef.get());

            //将强引用去除
            obj = null;
            //第一次进行GC,由于对象可复活,GC无法回收该对象
            System.gc();
            System.out.println("第 1 次 gc");

            Thread.sleep(1000);
            if (obj == null) {
                System.out.println("obj 是 null");
            } else {
                System.out.println("obj 可用");
            }
            System.out.println("第 2 次 gc");
            obj = null;
            System.gc(); //一旦将obj对象回收,就会将此虚引用存放到引用队列中。
            Thread.sleep(1000);
            if (obj == null) {
                System.out.println("obj 是 null");
            } else {
                System.out.println("obj 可用");
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

1、第一次尝试获取虚引用的值,发现无法获取的,这是因为虚引用是无法直接获取对象的值,然后进行第一次GC,因为会调用finalize方法,将对象复活了,所以对象没有被回收

2、但是调用第二次GC操作的时候,因为finalize方法只能执行一次,所以就触发了GC操作,将对象回收了,同时将会触发第二个操作就是将待回收的对象存入到引用队列中。

输出结果:

null
第 1 次 gc
调用当前类的finalize()方法
obj 可用
第 2 次 gc
obj 是 null

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