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Java中的四种引用类型 Strong, Soft, Weak

Java中的四种引用类型 Strong, Soft, Weak

作者: 架构师Javaspring | 来源:发表于2019-07-28 11:23 被阅读14次

    前言

    总所周知, java不同于c/c++,它不需要程序员自已来管理内存(分配,释放内存),java 会自己来管理内存,比如销毁某些不再被使用的对象。这些操作都是在一个后台线程默默进行(Garbage Collector Thread),也就是垃圾收集器线程,根据jvm实现的策略来释放对象内存。但是程序编写者却无法控制这个后台线程,无法让它在你想要的时候开始释放内存,销毁对象,按照你的规定来销毁那些对象,释放内存,这些都是都jvm自己控制的。但是随着 java.lang.ref这个包下的类的引进,程序员拥有了一点点控制你创建的对象何时释放,销毁的权利,当然只是一点点。那接下来就来看看这些类和java中的四种引用类型有何对应关系。先来看看这四种引用类型,因为jvm在进行垃圾收集的时候,需要判断哪些对象需要销毁,这时就与这几种引用类型相关。

    以下是这几种引用类型:

    强引用(Strong Reference)

    强引用类型是我们平时写代码的时候最常用的引用,而大部分人往往都会忽略这个概念,都成一种理所当然的事情了。

    接下来看看下面这个简单的例子:

    public class Main {

    public static void main(String[] args) {

    //创建一个对象,new出来的对象都是分配在java堆中的

    Sample sample = new Sample(); //sample这个引用就是强引用

    sample = null; //将这个引用指向空指针,

    //那么上面那个刚new来的对象就没用任何其它有效的引用指向它了

    //也就说该对象对于垃圾收集器是符合条件的

    //因此在接下来某个时间点 GC进行收集动作的时候, 该对象将会被销毁,内存被释放

    }

    }

    class Sample {

    }

    也可以画个简单的图理解一下:

    软引用(Soft Reference)

    软引用在java.lang.ref包中有与之对应的类java.lang.ref.SoftReference。

    重点:被弱引用指向的对象不会被垃圾收集器收集(即使该对象没有强引用指向它),除非jvm使用内存不够了,才会对这类对象进行销毁,释放内存。举个简单的例子:

    public class Main {

    public static void main(String[] args) {

    //创建一个对象,new出来的对象都是分配在java堆中的

    Sample sample = new Sample(); //sample这个引用就是强引用

    //创建一个软引用指向这个对象 那么此时就有两个引用指向Sample对象

    SoftReference softRef = new SoftReference(sample);

    //将强引用指向空指针 那么此时只有一个软引用指向Sample对象

    //注意:softRef这个引用也是强引用,它是指向SoftReference这个对象的

    //那么这个软引用在哪呢? 可以跟一下java.lang.Reference的源码

    //private T referent; 这个才是软引用, 只被jvm使用

    sample = null;

    //可以重新获得Sample对象,并用一个强引用指向它

    sample = softRef.get();

    }

    }

    class Sample {

    }

    现在是不是想到了软引用的一个使用场景,它相比与强引用可以避免OOM。

    现在可以简单的测试下 当jvm内存不足的情况下,软引用的回收情况。

    为了更快的看到结果,我限制了jvm的最大堆内存 -Xmx100m 为100m

    public class Main {

    private static final List TEST_DATA = new LinkedList<>();

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

    //创建一个对象,new出来的对象都是分配在java堆中的

    Sample sample = new Sample(); //sample这个引用就是强引用

    //创建一个软引用指向这个对象 那么此时就有两个引用指向Sample对象

    SoftReference softRef = new SoftReference(sample);

    //将强引用指向空指针 那么此时只有一个软引用指向Sample对象

    //注意:softRef这个引用也是强引用,它是指向SoftReference这个对象的

    //那么这个软引用在哪呢? 可以跟一下java.lang.Reference的源码

    //private T referent; 这个才是软引用, 只被jvm使用

    sample = null;

    //可以重新获得Sample对象,并用一个强引用指向它

    //sample = softRef.get();

    new Thread(){

    @Override

    public void run() {

    while (true) {

    System.out.println(softRef.get());

    try {

    Thread.sleep(1000);

    } catch (InterruptedException e) {

    e.printStackTrace();

    }

    TEST_DATA.add(new byte[1024 * 1024 * 5]);

    }

    }

    }.start();

    Thread.currentThread().join();

    }

    }

    class Sample {

    private final byte[] data;

    public Sample() {

    data = new byte[1024 * 1024 * 10];

    }

    }

    运行 输出结果:

    example.Sample@3f580216

    example.Sample@3f580216

    example.Sample@3f580216

    example.Sample@3f580216

    example.Sample@3f580216

    example.Sample@3f580216

    example.Sample@3f580216

    null

    null

    Exception in thread "Thread-0" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

    at example.Main$1.run(Main.java:42)

    可以看到当jvm内存耗尽的时候,会将弱引用的对象进行回收 上面的例子的10m,且刚好还可以分配两次 5m一次 ,输出了两次null也证明了这一点

    当然我们在创建软引用时,还可以传入ReferenceQueue,这个队列有啥用呢? 当jvm回收某个软引用对象之后会将该SoftReference对象(例子中的softRef对象)添加进这个队列,因此我们就知道这个对象啥时候被回收了,可以做一些我们想做的操作。

    public SoftReference(T referent, ReferenceQueue q) {

    super(referent, q);

    this.timestamp = clock;

    }

    Reference(T referent, ReferenceQueue queue) {

    this.referent = referent;

    this.queue = (queue == null) ? ReferenceQueue.NULL : queue;

    }

    还是举个简单的例子

    public class Main {

    private static final List TEST_DATA = new LinkedList<>();

    private static final ReferenceQueue QUEUE = new ReferenceQueue<>();

    public static void main(String[] args) {

    //创建一个对象,new出来的对象都是分配在java堆中的

    Sample sample = new Sample(); //sample这个引用就是强引用

    //创建一个软引用指向这个对象 那么此时就有两个引用指向Sample对象

    SoftReference softRef = new SoftReference(sample, QUEUE);

    //将强引用指向空指针 那么此时只有一个软引用指向Sample对象

    //注意:softRef这个引用也是强引用,它是指向SoftReference这个对象的

    //那么这个软引用在哪呢? 可以跟一下java.lang.Reference的源码

    //private T referent; 这个才是软引用, 只被jvm使用

    sample = null;

    //可以重新获得Sample对象,并用一个强引用指向它

    //sample = softRef.get();

    new Thread(){

    @Override

    public void run() {

    while (true) {

    System.out.println(softRef.get());

    try {

    Thread.sleep(1000);

    } catch (InterruptedException e) {

    e.printStackTrace();

    Thread.currentThread().interrupt();

    }

    TEST_DATA.add(new byte[1024 * 1024 * 5]);

    }

    }

    }.start();

    new Thread(){

    @Override

    public void run() {

    while (true) {

    Reference poll = QUEUE.poll();

    if (poll != null) {

    System.out.println("--- 软引用对象被jvm回收了 ---- " + poll);

    System.out.println("--- 回收对象 ---- " + poll.get());

    }

    }

    }

    }.start();

    try {

    Thread.currentThread().join();

    } catch (InterruptedException e) {

    System.exit(1);

    }

    }

    }

    class Sample {

    private final byte[] data;

    public Sample() {

    data = new byte[1024 * 1024 * 10];

    }

    }

    运行 输出结果:

    example.Sample@2a3c142c

    example.Sample@2a3c142c

    example.Sample@2a3c142c

    example.Sample@2a3c142c

    example.Sample@2a3c142c

    example.Sample@2a3c142c

    example.Sample@2a3c142c

    --- 软引用对象被jvm回收了 ---- java.lang.ref.SoftReference@306d3b64

    null

    --- 回收对象 ---- null

    null

    Exception in thread "Thread-0" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

    at example.Main$1.run(Main.java:47)

    弱引用(Weak Reference)

    弱引用会被jvm忽略,也就说在GC进行垃圾收集的时候,如果一个对象只有弱引用指向它,那么和没有引用指向它是一样的效果,jvm都会对它就行果断的销毁,释放内存。其实这个特性是很有用的,jdk也提供了java.util.WeakHashMap这么一个key为弱引用的Map。比如某个资源对象你要释放(比如 db connection), 但是如果被其它map作为key强引用了,就无法释放,被jvm收集。

    来个简单的例子:

    public class Main {

    private static final List TEST_DATA = new LinkedList<>();

    private static final ReferenceQueue QUEUE = new ReferenceQueue<>();

    public static void main(String[] args) {

    //创建一个对象,new出来的对象都是分配在java堆中的

    Sample sample = new Sample(); //sample这个引用就是强引用

    //创建一个弱引用指向这个对象 那么此时就有两个引用指向Sample对象

    //SoftReference softRef = new SoftReference(sample, QUEUE);

    WeakReference weakRef = new WeakReference(sample, QUEUE);

    //将强引用指向空指针 那么此时只有一个弱引用指向Sample对象

    //注意:softRef这个引用也是强引用,它是指向SoftReference这个对象的

    //那么这个弱引用在哪呢? 可以跟一下java.lang.Reference的源码

    //private T referent; 这个才是弱引用, 只被jvm使用

    sample = null;

    //可以重新获得Sample对象,并用一个强引用指向它

    //sample = softRef.get();

    new Thread(){

    @Override

    public void run() {

    while (true) {

    System.out.println(weakRef.get());

    try {

    Thread.sleep(1000);

    } catch (InterruptedException e) {

    e.printStackTrace();

    Thread.currentThread().interrupt();

    }

    TEST_DATA.add(new byte[1024 * 1024 * 5]);

    }

    }

    }.start();

    new Thread(){

    @Override

    public void run() {

    while (true) {

    Reference poll = QUEUE.poll();

    if (poll != null) {

    System.out.println("--- 弱引用对象被jvm回收了 ---- " + poll);

    System.out.println("--- 回收对象 ---- " + poll.get());

    }

    }

    }

    }.start();

    try {

    Thread.currentThread().join();

    } catch (InterruptedException e) {

    System.exit(1);

    }

    }

    }

    class Sample {

    private final byte[] data;

    public Sample() {

    data = new byte[1024 * 1024 * 10];

    }

    }

    运行 输出结果:

    example.Sample@234c0f50

    example.Sample@234c0f50

    --- 弱引用对象被jvm回收了 ---- java.lang.ref.WeakReference@16fea746

    --- 回收对象 ---- null

    null

    null

    null

    null

    null

    null

    null

    Exception in thread "Thread-0" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

    at example.Main$1.run(Main.java:47)

    从结果中可以清晰的看到弱引用对象并不需要在jvm耗尽内存的情况下才进行回收, 是可以随时回收的(一般是在jvm下一次GC的时候回收)。

    虚引用(Phantom Reference)

    虚幻应用和弱引用的回收机制差不多,都是可以被随时回收的。但是不同的地方是,它的构造方法必须强制传入ReferenceQueue,因为在jvm回收前(重点: 对,就是回收前,软引用和弱引用都是回收后),会将PhantomReference对象加入ReferenceQueue中; 还有一点就是PhantomReference.get()方法永远返回空,不管对象有没有被回收。

    源码: java.lang.ref.PhantomReference

    /**

    * Returns this reference object's referent. Because the referent of a

    * phantom reference is always inaccessible, this method always returns

    * null.

    *

    * @return null

    */

    public T get() {

    return null;

    }

    来个例子看看:

    public class Main {

    private static final List TEST_DATA = new LinkedList<>();

    private static final ReferenceQueue QUEUE = new ReferenceQueue<>();

    public static void main(String[] args) {

    Sample sample = new Sample();

    PhantomReference phantomRef = new PhantomReference<>(sample, QUEUE);

    sample = null;

    new Thread(){

    @Override

    public void run() {

    while (true) {

    System.out.println(phantomRef.get());

    try {

    Thread.sleep(1000);

    } catch (InterruptedException e) {

    e.printStackTrace();

    Thread.currentThread().interrupt();

    }

    TEST_DATA.add(new byte[1024 * 1024 * 5]);

    }

    }

    }.start();

    new Thread(){

    @Override

    public void run() {

    while (true) {

    Reference poll = QUEUE.poll();

    if (poll != null) {

    System.out.println("--- 虚幻引用对象被jvm回收了 ---- " + poll);

    System.out.println(poll.isEnqueued());

    System.out.println("--- 回收对象 ---- " + poll.get());

    }

    }

    }

    }.start();

    try {

    Thread.currentThread().join();

    } catch (InterruptedException e) {

    System.exit(1);

    }

    }

    }

    class Sample {

    private final byte[] data;

    public Sample() {

    data = new byte[1024 * 1024 * 10];

    }

    }

    运行结果:

    null

    null

    --- 虚幻引用对象被jvm回收了 ---- java.lang.ref.PhantomReference@40788638

    false

    --- 回收对象 ---- null

    null

    null

    null

    null

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