Java 7之基础 - 强引用、弱引用、软引用、虚引用

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1、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：

Object o=new Object();   //  强引用

      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：

o=null;     // 帮助垃圾收集器回收此对象

      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是全局的变量时，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。

强引用在实际中有非常重要的用处，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。

2、软引用（SoftReference）

        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。   

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

      当内存不足时，等价于：

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

虚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。

（1）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

（2）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

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

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。

3、弱引用（WeakReference）

      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 abcWeakRef = new WeakReference(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 Weak Reference 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 rq = new ReferenceQueue();

    public static void checkQueue() {
        Reference<VeryBig> ref = null;
        while ((ref = rq.poll()) != null) {
            if (ref != null) {
                System.out.println("In queue: " + ((VeryBigWeakReference) (ref)).id);
            }
        }
    }

    public static void main(String args[]) {

        String str=new String("abc");
        WeakReference abcWeakRef = new WeakReference(str);
        str=null;
        int size = 3;
        LinkedList<WeakReference> weakList = new LinkedList<WeakReference>();
        for (int i = 0; i < size; i++) {

            weakList.add(new VeryBigWeakReference(new VeryBig("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();
        System.out.println("now abc: " + str);
    }

}

class VeryBig {
    public String id;
    // 占用空间,让线程进行回收
    byte[] b = new byte[2 * 1024];

    public VeryBig(String id) {
        this.id = id;
    }

    protected void finalize() {
        System.out.println("Finalizing VeryBig " + id);
    }
}

class VeryBigWeakReference extends WeakReference {
    public String id;

    public VeryBigWeakReference(VeryBig big, ReferenceQueue rq) {
        super(big, rq);
        this.id = big.id;
    }

    protected void finalize() {
        System.out.println("Finalizing VeryBigWeakReference " + id);
    }
}

最后的输出结果为：

Just created weak: com.javabase.reference.VeryBigWeakReference@1641c0
Just created weak: com.javabase.reference.VeryBigWeakReference@136ab79
Just created weak: com.javabase.reference.VeryBigWeakReference@33c1aa
Finalizing VeryBig Weak 2
Finalizing VeryBig Weak 1
Finalizing VeryBig Weak 0
In queue: Weak 1
In queue: Weak 2
In queue: Weak 0

再加一个例子：

package com.baosight.crms.r4.dg.webservice.weak;

import java.lang.ref.WeakReference;

public class WeakReferenceTest1 {

    /**
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) {
        A a = new A();
        a.str = "Hello, reference";
        WeakReference<A> weak = new WeakReference<A>(a);
        a = null;
        int i = 0;
        while (weak.get() != null) {
            System.out
                    .println(String.format("Get str from object of WeakReference: %s, count: %d", weak.get().str, ++i));
            if (i % 10 == 0) {
                System.gc();
                System.out.println("System.gc() was invoked!");
            }
            try {
                Thread.sleep(500);
            } catch (InterruptedException e) {

            }
        }
        System.out.println("object a was cleared by JVM!");
    }
}

输出结果

Get str from object of WeakReference: Hello, reference, count: 1
Get str from object of WeakReference: Hello, reference, count: 2
Get str from object of WeakReference: Hello, reference, count: 3
Get str from object of WeakReference: Hello, reference, count: 4
Get str from object of WeakReference: Hello, reference, count: 5
Get str from object of WeakReference: Hello, reference, count: 6
Get str from object of WeakReference: Hello, reference, count: 7
Get str from object of WeakReference: Hello, reference, count: 8
Get str from object of WeakReference: Hello, reference, count: 9
Get str from object of WeakReference: Hello, reference, count: 10
System.gc() was
object a was cleared by

4、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。

5、总结

 Java4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，如果对这方面不是很了解，可以参考如下的文章：

传送门：Java内存管理  http://blog.csdn.net/mazhimazh/article/category/1907599

通过表格来说明一下，如下：

引用类型	被垃圾回收时间	用途	生存时间
强引用	从来不会	对象的一般状态	JVM停止运行时终止
软引用	在内存不足时	对象缓存	内存不足时终止
弱引用	在垃圾回收时	对象缓存	gc运行后终止
虚引用	Unknown	Unknown	Unknown

参考文献：

1、http://www.cnblogs.com/skywang12345/p/3154474.html

2、http://blog.csdn.net/lifetragedy?viewmode=contents