概念
java中之所以会有强引用、软引用、弱引用、虚引用这些概念，是为了方便内存回收。
- 强引用即便内存不足，oom也不会被回收，是大多数引用的使用场景
- 软引用，内存足够时不进行回收，内存不足时进行回收，可以用作缓存
- 弱引用，没有其它引用的情况下，gc就会进行回收，threadLocal中有使用
- 虚引用，没有其它引用的情况下，gc就会进行回收，这个必须和引用队列配合使用，一般用于gc时资源的主动释放，如mysqll连接
实践验证
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 strongReference = new Object();
当内存空间不足时，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。 如果强引用对象不使用时，需要弱化从而使GC能够回收，如下：
strongReference = null;
显式地设置strongReference对象为null，或让其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算法。
public void test() {
Object strongReference = 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Java栈中，而真正的引用内容(Object)保存在Java堆中。
当这个方法运行完成后，就会退出方法栈，则引用对象的引用数为0，这个对象会被回收。
但是如果这个strongReference是全局变量时，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。
ArrayList的clear
/**
* Removes all of the elements from this list. The list will
* be empty after this call returns.
*/
public void clear() {
modCount++;
// clear to 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elementData数组，在调用clear方法清空数组时，每个数组元素被赋值为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内存的重新分配。
软引用（SoftReference）
如果一个对象只具有软引用，则内存空间充足时，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。软引用可以用来实现内存敏感的缓存。
软引用可以和一个引用队列(ReferenceQueue)联合使用。如果软引用所引用对象被垃圾回收，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。
public class SoftReferenceDemo {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
ReferenceQueue<String> queue = new ReferenceQueue<>();
String str = "abc";
SoftReference<String> softReference = new SoftReference<>(str);
String str1 = "bcd";
// 可以结合ReferenceQueue使用，被回收时会放到queue中
SoftReference<String> queueSoftReference = new SoftReference<>(str1, queue);
System.out.println(softReference.get());
System.out.println(queueSoftReference.get());
}
}
当内存不足时，JVM首先将软引用中的对象引用置为null，然后通知垃圾回收器进行回收：
if(JVM内存不足) {
// 将软引用中的对象引用置为null
str = null;
// 通知垃圾回收器进行回收
System.gc();
}
也就是说，垃圾收集线程会在虚拟机抛出OutOfMemoryError之前回收软引用对象，而且虚拟机会尽可能优先回收长时间闲置不用的软引用对象。对那些刚构建的或刚使用过的"较新的"软对象会被虚拟机尽可能保留，这就是引入引用队列ReferenceQueue的原因。
应用场景
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。
- 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；
- 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，很好的解决了实际的问题：
// 获取浏览器对象进行浏览
Browser browser = new Browser();
// 从后台程序加载浏览页面
BrowserPage page = browser.getPage();
// 将浏览完毕的页面置为软引用
SoftReference softReference = new SoftReference(page);
// 回退或者再次浏览此页面时
if(softReference.get() != null) {
// 内存充足，还没有被回收器回收，直接获取缓存
page = softReference.get();
} else {
// 内存不足，软引用的对象已经回收
page = browser.getPage();
// 重新构建软引用
softReference = new SoftReference(page);
}
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。
同样，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。
GCTarget.java
public class GCTarget {
// 对象的ID
public String id;
// 占用内存空间
byte[] buffer = new byte[1024];
public GCTarget(String id) {
this.id = id;
}
@Override
protected void finalize() throws Throwable {
// 执行垃圾回收时打印显示对象ID
System.out.println("Finalizing GCTarget, id is : " + id);
}
}
GCTargetWeakReference.java
public class GCTargetWeakReference extends WeakReference<GCTarget> {
// 弱引用的ID
public String id;
public GCTargetWeakReference(GCTarget gcTarget,
ReferenceQueue<? super GCTarget> queue) {
super(gcTarget, queue);
this.id = gcTarget.id;
}
protected void finalize() {
System.out.println("Finalizing GCTargetWeakReference " + id);
}
}
WeakReferenceTest.java
public class WeakReferenceTest {
// 弱引用队列
private final static ReferenceQueue<GCTarget> REFERENCE_QUEUE = new ReferenceQueue<>();
public static void main(String[] args) {
LinkedList<GCTargetWeakReference> gcTargetList = new LinkedList<>();
// 创建弱引用的对象，依次加入链表中
for (int i = 0; i < 5; i++) {
GCTarget gcTarget = new GCTarget(String.valueOf(i));
GCTargetWeakReference weakReference = new GCTargetWeakReference(gcTarget,
REFERENCE_QUEUE);
gcTargetList.add(weakReference);
System.out.println("Just created GCTargetWeakReference obj: " +
gcTargetList.getLast());
}
// 通知GC进行垃圾回收
System.gc();
try {
// 休息几分钟，等待上面的垃圾回收线程运行完成
Thread.sleep(6000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// 检查关联的引用队列是否为空
Reference<? extends GCTarget> reference;
while((reference = REFERENCE_QUEUE.poll()) != null) {
if(reference instanceof GCTargetWeakReference) {
System.out.println("In queue, id is: " +
((GCTargetWeakReference) (reference)).id);
}
}
}
}
运行WeakReferenceTest.java，运行结果如下：
Just created GCTargetWeakReference obj: com.example.demo.service.jvm.weak.GCTargetWeakReference@d041cf
Just created GCTargetWeakReference obj: com.example.demo.service.jvm.weak.GCTargetWeakReference@129a8472
Just created GCTargetWeakReference obj: com.example.demo.service.jvm.weak.GCTargetWeakReference@1b0375b3
Just created GCTargetWeakReference obj: com.example.demo.service.jvm.weak.GCTargetWeakReference@2f7c7260
Just created GCTargetWeakReference obj: com.example.demo.service.jvm.weak.GCTargetWeakReference@2d209079
Finalizing GCTarget, id is : 1
Finalizing GCTarget, id is : 4
Finalizing GCTarget, id is : 3
Finalizing GCTarget, id is : 2
Finalizing GCTarget, id is : 0
In queue, id is: 4
In queue, id is: 3
In queue, id is: 1
In queue, id is: 0
In queue, id is: 2
可见WeakReference对象的生命周期基本由垃圾回收器决定，一旦垃圾回收线程发现了弱引用对象，在下一次GC过程中就会对其进行回收。
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。
应用场景：
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。
虚引用和弱引用不同，在gc后虚引用引用的对象不会置为null，占用的空间不会释放，并且如果引用的对象实现的有finalize方法时，第一次gc并不会把引用放到引用队列里。
下面上具体的代码：
GCTargetPhantomReference
public class GCTargetPhantomReference extends PhantomReference<GCTarget> {
// 弱引用的ID
public String id;
public GCTargetPhantomReference(GCTarget gcTarget,
ReferenceQueue<? super GCTarget> queue) {
super(gcTarget, queue);
this.id = gcTarget.id;
}
@Override
protected void finalize() {
System.out.println("Finalizing GCTargetWeakReference " + id);
}
}
PhantomReferenceTest
public class PhantomReferenceTest {
// 弱引用队列
private final static ReferenceQueue<GCTarget> REFERENCE_QUEUE = new ReferenceQueue<>();
public static void main(String[] args) {
LinkedList<GCTargetPhantomReference> gcTargetList = new LinkedList<>();
// 创建虚引用的对象，依次加入链表中
for (int i = 0; i < 5; i++) {
GCTarget gcTarget = new GCTarget(String.valueOf(i));
GCTargetPhantomReference phantomReference = new GCTargetPhantomReference(gcTarget,
REFERENCE_QUEUE);
gcTargetList.add(phantomReference);
System.out.println("Just created GCTargetWeakReference obj: " +
gcTargetList.getLast());
}
// 通知GC进行垃圾回收
System.gc();
try {
// 休息几分钟，等待上面的垃圾回收线程运行完成
Thread.sleep(6000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
// 检查关联的引用队列是否为空
Reference<? extends GCTarget> reference;
while((reference = REFERENCE_QUEUE.poll()) != null) {
if(reference instanceof GCTargetPhantomReference) {
System.out.println("In queue, id is: " +
((GCTargetPhantomReference) (reference)).id);
}
}
// 这次回收才会放到reference中，实现有finalize的情况下
// 通知GC进行垃圾回收
System.gc();
try {
// 休息几分钟，等待上面的垃圾回收线程运行完成
Thread.sleep(6000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
while((reference = REFERENCE_QUEUE.poll()) != null) {
if(reference instanceof GCTargetPhantomReference) {
System.out.println("In queue, id is: " +
((GCTargetPhantomReference) (reference)).id);
}
}
}
}
下面是执行过程中reference的debug图，这是已经gc过的，这个引用占用的空间想释放, 可以通过手动调用PhantomReference.clear()方法来释放虚引用指向的堆对象内存空间，或者把这个引用踢出队列。
image.png
上面这个写的例子跟mysql连接的虚引用很像了，mysql连接的虚引用在放到引用队列后，poll出来会先关闭连接资源，然后把引用从set里面踢出。
总结
Java中4种引用的级别和强度由高到低依次为：强引用 -> 软引用 -> 弱引用 -> 虚引用。
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。
通过表格来说明一下，如下：
image.png
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