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java中强软弱虚引用类型

java中强软弱虚引用类型

作者: justonemoretry | 来源:发表于2022-05-18 10:19 被阅读0次

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

参考链接

强软弱虚引用,只有体会过了,才能记住
理解Java的强引用、软引用、弱引用和虚引用

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