深入理解JVM虛擬機13：再談四種引用及GC實踐

Java中的四種引用類型

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一、背景

  Java的內存回收不需要程序員負責，JVM會在必要時啓動Java GC完成垃圾回收。Java以便我們控制對象的生存週期，提供給了我們四種引用方式，引用強度從強到弱分別爲：強引用、軟引用、弱引用、虛引用。 

二、簡介

1.強引用 StrongReference

  StrongReference是Java的默認引用形式，使用時不需要顯示定義。任何通過強引用所使用的對象不管系統資源有多緊張，Java GC都不會主動回收具有強引用的對象。

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("\n"+tag+":");
		System.out.println(runtime.freeMemory()/M+"M(free)/" + runtime.totalMemory()/M+"M(total)");
	}	
	public static void main(String[] args){
		StrongReferenceTest.printlnMemory("1.原可用內存和總內存");		
		//實例化10M的數組並與strongReference建立強引用
		byte[] strongReference = new byte[10*StrongReferenceTest.M];
		StrongReferenceTest.printlnMemory("2.實例化10M的數組,並建立強引用");
		System.out.println("strongReference : "+strongReference);
		
		System.gc();
		StrongReferenceTest.printlnMemory("3.GC後");
		System.out.println("strongReference : "+strongReference);		//strongReference = null;後,強引用斷開了
		strongReference = null;
		StrongReferenceTest.printlnMemory("4.強引用斷開後");
		System.out.println("strongReference : "+strongReference);
		
		System.gc();
		StrongReferenceTest.printlnMemory("5.GC後");
		System.out.println("strongReference : "+strongReference);
		}
}

運行結果：

2.弱引用 WeakReference

  如果一個對象只具有弱引用，無論內存充足與否，Java GC後對象如果只有弱引用將會被自動回收。

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("\n"+tag+":");
		System.out.println(runtime.freeMemory()/M+"M(free)/" + runtime.totalMemory()/M+"M(total)");
	}	
	public static void main(String[] args){  
		WeakReferenceTest.printlnMemory("1.原可用內存和總內存");		//創建弱引用
		WeakReference<Object> weakRerference = new WeakReference<Object>(new byte[10*WeakReferenceTest.M]);   
		WeakReferenceTest.printlnMemory("2.實例化10M的數組,並建立弱引用");
		System.out.println("weakRerference.get() : "+weakRerference.get());
		
		System.gc();
		StrongReferenceTest.printlnMemory("3.GC後");
		System.out.println("weakRerference.get() : "+weakRerference.get());
	}   
}

運行結果：

3.軟引用 SoftReference

  軟引用和弱引用的特性基本一致， 主要的區別在於軟引用在內存不足時纔會被回收。如果一個對象只具有軟引用，Java GC在內存充足的時候不會回收它，內存不足時纔會被回收。

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("\n"+tag+":");
		System.out.println(runtime.freeMemory()/M+"M(free)/" + runtime.totalMemory()/M+"M(total)");
	}	
	public static void main(String[] args){
		SoftReferenceTest.printlnMemory("1.原可用內存和總內存");		
		//建立軟引用
		SoftReference<Object> softRerference = new SoftReference<Object>(new byte[10*SoftReferenceTest.M]);
		SoftReferenceTest.printlnMemory("2.實例化10M的數組,並建立軟引用");
		System.out.println("softRerference.get() : "+softRerference.get());
	  
		System.gc();  
		SoftReferenceTest.printlnMemory("3.內存可用容量充足，GC後");
		System.out.println("softRerference.get() : "+softRerference.get());  

		//實例化一個4M的數組,使內存不夠用,並建立軟引用
		//free=10M=4M+10M-4M,證明內存可用量不足時，GC後byte[10*m]被回收
		SoftReference<Object> softRerference2 = new SoftReference<Object>(new byte[4*SoftReferenceTest.M]);
		SoftReferenceTest.printlnMemory("4.實例化一個4M的數組後");
		System.out.println("softRerference.get() : "+softRerference.get());
		System.out.println("softRerference2.get() : "+softRerference2.get());  
	 } 
}

運行結果：

4.虛引用 PhantomReference

  從PhantomReference類的源代碼可以知道，它的get()方法無論何時返回的都只會是null。所以單獨使用虛引用時，沒有什麼意義，需要和引用隊列ReferenceQueue類聯合使用。當執行Java GC時如果一個對象只有虛引用，就會把這個對象加入到與之關聯的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("\n"+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.原可用內存和總內存");		byte[] object = new byte[10*PhantomReferenceTest.M];		
		PhantomReferenceTest.printlnMemory("2.實例化10M的數組後");		
	    //建立虛引用
	    ReferenceQueue<Object> referenceQueue = new ReferenceQueue<Object>();
	    PhantomReference<Object> phantomReference = new PhantomReference<Object>(object,referenceQueue);  
	    
	    PhantomReferenceTest.printlnMemory("3.建立虛引用後");
	    System.out.println("phantomReference : "+phantomReference); 
	    System.out.println("phantomReference.get() : "+phantomReference.get());
	    System.out.println("referenceQueue.poll() : "+referenceQueue.poll());	    
	    //斷開byte[10*PhantomReferenceTest.M]的強引用
	    object = null;  
	    PhantomReferenceTest.printlnMemory("4.執行object = null;強引用斷開後");
	    
	    System.gc();
	    PhantomReferenceTest.printlnMemory("5.GC後");
	    System.out.println("phantomReference : "+phantomReference); 
	    System.out.println("phantomReference.get() : "+phantomReference.get());
	    System.out.println("referenceQueue.poll() : "+referenceQueue.poll());	    
	   
	    //斷開虛引用
	    phantomReference = null;
		System.gc(); 
		PhantomReferenceTest.printlnMemory("6.斷開虛引用後GC");
	    System.out.println("phantomReference : "+phantomReference);
	    System.out.println("referenceQueue.poll() : "+referenceQueue.poll());	    	
	}
}

運行結果：

三、小結

  強引用是 Java 的默認引用形式，使用時不需要顯示定義，是我們平時最常使用到的引用方式。不管系統資源有多緊張，Java GC都不會主動回收具有強引用的對象。   弱引用和軟引用一般在引用對象爲非必需對象的時候使用。它們的區別是被弱引用關聯的對象在垃圾回收時總是會被回收，被軟引用關聯的對象只有在內存不足時纔會被回收。   虛引用的get()方法獲取的永遠是null，無法獲取對象實例。Java GC會把虛引用的對象放到引用隊列裏面。可用來在對象被回收時做額外的一些資源清理或事物回滾等處理。   由於無法從虛引獲取到引用對象的實例。它的使用情況比較特別，所以這裏不把虛引用放入表格進行對比。這裏對強引用、弱引用、軟引用進行對比：

引用類型	GC時JVM內存充足	GC時JVM內存不足
強引用	不被回收	不被回收
弱引用	被回收	被回收
軟引用