Java 中一共有 4 種類型的引用 : StrongReference、 SoftReference、 WeakReference 以及 PhantomReference (傳說中的幽靈引用 呵呵),
這 4 種類型的引用與 GC 有著密切的關系, 讓我們逐一來看它們的定義和使用場景 :
1、 Strong Reference
StrongReference 是 Java 的默認引用實現, 它會盡可能長時間的存活于 JVM 內， 當沒有任何對象指向它時 GC 執行后將會被回收
Java代碼
@Test
public void strongReference() {
Object referent = new Object();
/**
* 通過賦值創建 StrongReference
*/
Object strongReference = referent;
assertSame(referent, strongReference);
referent = null;
System.gc();
/**
* StrongReference 在 GC 后不會被回收
*/
assertNotNull(strongReference);
}
2、 WeakReference & WeakHashMap
WeakReference， 顧名思義, 是一個弱引用, 當所引用的對象在 JVM 內不再有強引用時, GC 后 weak reference 將會被自動回收
@Test
public void weakReference() {
Object referent = new Object();
WeakReference<Object> weakRerference = new WeakReference<Object>(referent);
assertSame(referent, weakRerference.get());
referent = null;
System.gc();
/**
* 一旦沒有指向 referent 的強引用, weak reference 在 GC 后會被自動回收
*/
assertNull(weakRerference.get());
}
WeakHashMap 使用 WeakReference 作為 key， 一旦沒有指向 key 的強引用, WeakHashMap 在 GC 后將自動刪除相關的 entry
@Test
public void weakHashMap() throws InterruptedException {
Map<Object, Object> weakHashMap = new WeakHashMap<Object, Object>();
Object key = new Object();
Object value = new Object();
weakHashMap.put(key, value);
assertTrue(weakHashMap.containsValue(value));
key = null;
System.gc();
/**
* 等待無效 entries 進入 ReferenceQueue 以便下一次調用 getTable 時被清理
*/
Thread.sleep(1000);
/**
* 一旦沒有指向 key 的強引用, WeakHashMap 在 GC 后將自動刪除相關的 entry
*/
assertFalse(weakHashMap.containsValue(value));
}
3、SoftReference
SoftReference 于 WeakReference 的特性基本一致， 最大的區別在于 SoftReference 會盡可能長的保留引用直到 JVM 內存不足時才會被回收(虛擬機保證), 這一特性使得 SoftReference 非常適合緩存應用
@Test
public void softReference() {
Object referent = new Object();
SoftReference<Object> softRerference = new SoftReference<Object>(referent);
assertNotNull(softRerference.get());
referent = null;
System.gc();
/**
* soft references 只有在 jvm OutOfMemory 之前才會被回收, 所以它非常適合緩存應用
*/
assertNotNull(softRerference.get());
}
4、 PhantomReference
作為本文主角， Phantom Reference(幽靈引用) 與 WeakReference 和 SoftReference 有很大的不同, 因為它的 get() 方法永遠返回 null, 這也正是它名字的由來
Java代碼
@Test
public void phantomReferenceAlwaysNull() {
Object referent = new Object();
PhantomReference<Object> phantomReference = new PhantomReference<Object>(referent, new ReferenceQueue<Object>());
/**
* phantom reference 的 get 方法永遠返回 null
*/
assertNull(phantomReference.get());
}
諸位可能要問, 一個永遠返回 null 的 reference 要來何用, 請注意構造 PhantomReference 時的第二個參數 ReferenceQueue(事實上 WeakReference & SoftReference 也可以有這個參數)，
PhantomReference 唯一的用處就是跟蹤 referent 何時被 enqueue 到 ReferenceQueue 中.
5、 RererenceQueue
當一個 WeakReference 開始返回 null 時， 它所指向的對象已經準備被回收， 這時可以做一些合適的清理工作. 將一個 ReferenceQueue 傳給一個 Reference 的構造函數， 當對象被回收時， 虛擬機會自動將這個對象插入到 ReferenceQueue 中， WeakHashMap 就是利用 ReferenceQueue 來清除 key 已經沒有強引用的 entries.
Java代碼
@Test
public void referenceQueue() throws InterruptedException {
Object referent = new Object();
ReferenceQueue<Object> referenceQueue = new ReferenceQueue<Object>();
WeakReference<Object> weakReference = new WeakReference<Object>(referent, referenceQueue);
assertFalse(weakReference.isEnqueued());
Reference<? extends Object> polled = referenceQueue.poll();
assertNull(polled);
referent = null;
System.gc();
assertTrue(weakReference.isEnqueued());
Reference<? extends Object> removed = referenceQueue.remove();
assertNotNull(removed);
}
6、PhantomReference vs WeakReference
PhantomReference 有兩個好處， 其一， 它可以讓我們準確地知道對象何時被從內存中刪除， 這個特性可以被用于一些特殊的需求中(例如 Distributed GC， XWork 和 google-guice 中也使用 PhantomReference 做了一些清理性工作).
其二， 它可以避免 finalization 帶來的一些根本性問題, 上文提到 PhantomReference 的唯一作用就是跟蹤 referent 何時被 enqueue 到 ReferenceQueue 中, 但是 WeakReference 也有對應的功能, 兩者的區別到底在哪呢 ？
這就要說到 Object 的 finalize 方法, 此方法將在 gc 執行前被調用, 如果某個對象重載了 finalize 方法并故意在方法內創建本身的強引用, 這將導致這一輪的 GC 無法回收這個對象并有可能引起任意次 GC， 最后的結果就是明明 JVM 內有很多 Garbage 卻 OutOfMemory， 使用 PhantomReference 就可以避免這個問題， 因為 PhantomReference 是在 finalize 方法執行后回收的，也就意味著此時已經不可能拿到原來的引用， 也就不會出現上述問題, 當然這是一個很極端的例子, 一般不會出現.
7、 對比
|
Soft vs Weak vs Phantom References |
||||
|---|---|---|---|---|
|
Type |
Purpose |
Use |
When GCed |
Implementing Class |
|
Strong Reference |
An ordinary reference. Keeps objects alive as long as they are referenced. |
normal reference. |
Any object not pointed to can be reclaimed. |
default |
|
Soft Reference |
Keeps objects alive provided there's enough memory. |
to keep objects alive even after clients have removed their references (memory-sensitive caches), in case clients start asking for them again by key. |
After a first gc pass, the JVM decides it still needs to reclaim more space. |
java.lang.ref.SoftReference |
|
Weak Reference |
Keeps objects alive only while they're in use (reachable) by clients. |
Containers that automatically delete objects no longer in use. |
After gc determines the object is only weakly reachable |
java.lang.ref.WeakReference |
|
Phantom Reference |
Lets you clean up after finalization but before the space is reclaimed (replaces or augments the use offinalize()) |
Special clean up processing |
After finalization. |
java.lang.ref.PhantomReference
|
8. 小結
一般的應用程序不會涉及到 Reference 編程， 但是了解這些知識會對理解 GC 的工作原理以及性能調優有一定幫助，在實現一些基礎性設施比如緩存時也可能會用到， 希望本文能有所幫助。
