Android 四种引用比较与源码分析

作者: 杨充211 | 来源:发表于2018-04-04 18:10 被阅读84次

目录介绍

0.关于四种引用
- 0.1 引用说明
- 0.2 关于Java下ref包和Android下ref包
1.强引用
- 1.0 关于强引用引用的场景
- 1.1 强引用介绍
- 1.2 强引用的特点
- 1.3 注意相互引用情况
2.软引用
- 2.0 关于SoftReference软引用
- 2.1 软引用应用场景
- 2.2 软引用的简单使用
- 2.3 软引用的特点
- 2.4 实际应用案例
- 2.5 注意避免软引用获取对象为null
3.弱引用
- 3.0 关于WeakReference弱引用
- 3.1 WeakReference：防止内存泄漏，要保证内存被虚拟机回收
  - 3.1.1 先看一个handler小案例
  - 3.1.2 为什么这样会造成内存泄漏
  - 3.1.3 根本原因
- 3.2 弱引用解决办法
- 3.3 弱引用实际应用案例
4.虚引用
- 4.0 关于PhantomReference类虚引用
- 4.1 Android实际开发中没有用到过
5.四种引用其他介绍
- 5.1 弱引用和软引用区别
- 5.2 使用软引用或者弱引用防止内存泄漏
- 5.3 到底什么时候使用软引用，什么时候使用弱引用呢？
- 5.4 四种引用用一张表总结[摘自网络]
6.源码分析
- 6.1 首先看看如何通过弱引用加载图片
- 6.2 看看Reference的源代码
- 6.3 看看ReferenceQueue的enqueue函数
- 6.4 看看ReferenceQueue的enqueueLocked(Reference)函数
- 6.5 接着看看ReferenceQueue.isEnqueued()代码
- 6.6 那么enqueueLocked(Reference)函数中的Cleaner是做什么的
- 6.7 软引用SoftReference源码
- 6.8 弱引用WeakReference源码
- 6.9 虚引用PhantomReference源码
7.关于其他
- 7.1 关于参考案例
- 7.2 关于版本说明
- 7.3 关于我的博客

特此说明

博客汇总链接：https://www.jianshu.com/p/53017c3fc75d
视频案例：https://github.com/yangchong211/YCVideoPlayer
音频案例：https://github.com/yangchong211/YCAudioPlayer
recyclerView复杂封装库：https://github.com/yangchong211/YCRefreshView
状态栏工具类：https://github.com/yangchong211/YCStatusBar
状态切换管理器库：https://github.com/yangchong211/YCStateLayout

0.关于四种引用

0.1 引用说明

java.lang.ref包中提供了几个类：SoftReference类、WeakReference类和PhantomReference类，它们分别代表软引用、弱引用和虚引用。ReferenceQueue类表示引用队列，它可以和这三种引用类联合使用，以便跟踪Java虚拟机回收所引用的对象的活动。

0.2 关于Java下ref包和Android下ref包

在Android下的ref包结构

image
在java下的ref包

image

1.强引用

1.0 关于强引用引用的场景

直接new出来的对象
String str = new String("yc");

1.1 强引用介绍

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。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。
通过引用，可以对堆中的对象进行操作。在某个函数中，当创建了一个对象，该对象被分配在堆中，通过这个对象的引用才能对这个对象进行操作。

1.2 强引用的特点

强引用可以直接访问目标对象。
强引用所指向的对象在任何时候都不会被系统回收。JVM宁愿抛出OOM异常，也不会回收强引用所指向的对象。
强引用可能导致内存泄露。

1.3 注意相互引用情况

2.软引用

2.0 关于SoftReference软引用

SoftReference：软引用–>当虚拟机内存不足时，将会回收它指向的对象；需要获取对象时，可以调用get方法。
可以通过java.lang.ref.SoftReference使用软引用。一个持有软引用的对象，不会被JVM很快回收，JVM会根据当前堆的使用情况来判断何时回收。当堆的使用率临近阈值时，才会回收软引用的对象。

2.1 软引用应用场景

例如从网络上获取图片，然后将获取的图片显示的同时，通过软引用缓存起来。当下次再去网络上获取图片时，首先会检查要获取的图片缓存中是否存在，若存在，直接取出来，不需要再去网络上获取。

2.2 软引用的简单使用

用法如下

MyObject aRef = new  MyObject();
SoftReference aSoftRef = new SoftReference(aRef);
MyObject anotherRef = (MyObject)aSoftRef.get();

2.3 软引用的特点

2.3.1 特点：
如果一个对象只具有软引用，那么如果内存空间足够，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。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，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。
2.3.2 代码如下

ReferenceQueue queue = new  ReferenceQueue();
SoftReference  ref = new  SoftReference(aMyObject, queue);

2.3.3 如何回收：
那么当这个SoftReference所软引用的aMyOhject被垃圾收集器回收的同时，ref所强引用的SoftReference对象被列入ReferenceQueue。也就是说，ReferenceQueue中保存的对象是Reference对象，而且是已经失去了它所软引用的对象的Reference对象。另外从ReferenceQueue这个名字也可以看出，它是一个队列，当我们调用它的poll()方法的时候，如果这个队列中不是空队列，那么将返回队列前面的那个Reference对象。
在任何时候，我们都可以调用ReferenceQueue的poll()方法来检查是否有它所关心的非强可及对象被回收。如果队列为空，将返回一个null,否则该方法返回队列中前面的一个Reference对象。利用这个方法，我们可以检查哪个SoftReference所软引用的对象已经被回收。于是我们可以把这些失去所软引用的对象的SoftReference对象清除掉。
常用的方式为

SoftReference ref = null;
while ((ref = (EmployeeRef) q.poll()) != null) {
    // 清除ref
}

2.4 实际应用案例

2.4.1 正常是用来处理图片这种占用内存大的情况
代码如下所示

View view = findViewById(R.id.button);
Bitmap bitmap = BitmapFactory.decodeResource(getResources(),R.drawable.ic_launcher);
Drawable drawable = new BitmapDrawable(bitmap);
SoftReference<Drawable> drawableSoftReference = new SoftReference<Drawable>(drawable);
if(drawableSoftReference != null) {
    view.setBackground(drawableSoftReference.get());
}

2.4.2 这样使用软引用好处
通过软引用的get()方法，取得drawable对象实例的强引用，发现对象被未回收。在GC在内存充足的情况下，不会回收软引用对象。此时view的背景显示
实际情况中,我们会获取很多图片.然后可能给很多个view展示, 这种情况下很容易内存吃紧导致oom,内存吃紧，系统开始会GC。这次GC后，drawables.get()不再返回Drawable对象，而是返回null，这时屏幕上背景图不显示，说明在系统内存紧张的情况下，软引用被回收。
使用软引用以后，在OutOfMemory异常发生之前，这些缓存的图片资源的内存空间可以被释放掉的，从而避免内存达到上限，避免Crash发生。

2.5 注意避免软引用获取对象为null

在垃圾回收器对这个Java对象回收前，SoftReference类所提供的get方法会返回Java对象的强引用，一旦垃圾线程回收该Java对象之后，get方法将返回null。所以在获取软引用对象的代码中，一定要判断是否为null，以免出现NullPointerException异常导致应用崩溃。

3.弱引用

3.0 关于WeakReference弱引用

3.0.1 WeakReference
弱引用–>随时可能会被垃圾回收器回收，不一定要等到虚拟机内存不足时才强制回收。要获取对象时，同样可以调用get方法。
3.0.2 特点
如果一个对象只具有弱引用，那么在垃圾回收器线程扫描的过程中，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。
弱引用也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。

3.1 WeakReference：防止内存泄漏，要保证内存被虚拟机回收

3.1.1 先看一个handler小案例【千万不要忽视淡黄色警告】

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3.1.2 为什么这样会造成内存泄漏
这种情况就是由于android的特殊机制造成的：当一个android主线程被创建的时候，同时会有一个Looper对象被创建，而这个Looper对象会实现一个MessageQueue(消息队列)，当我们创建一个handler对象时，而handler的作用就是放入和取出消息从这个消息队列中，每当我们通过handler将一个msg放入消息队列时，这个msg就会持有一个handler对象的引用。因此当Activity被结束后，这个msg在被取出来之前，这msg会继续存活，但是这个msg持有handler的引用，而handler在Activity中创建，会持有Activity的引用，因而当Activity结束后，Activity对象并不能够被gc回收，因而出现内存泄漏。
3.1.3 根本原因
Activity在被结束之后，MessageQueue并不会随之被结束，如果这个消息队列中存在msg，则导致持有handler的引用，但是又由于Activity被结束了，msg无法被处理，从而导致永久持有handler对象，handler永久持有Activity对象，于是发生内存泄漏。但是为什么为static类型就会解决这个问题呢？因为在java中所有非静态的对象都会持有当前类的强引用，而静态对象则只会持有当前类的弱引用。声明为静态后，handler将会持有一个Activity的弱引用，而弱引用会很容易被gc回收，这样就能解决Activity结束后，gc却无法回收的情况。

3.2 弱引用解决办法

代码如下所示

private MyHandler handler = new MyHandler(this);
private static class MyHandler extends Handler{
    WeakReference<FirstActivity> weakReference;
    MyHandler(FirstActivity activity) {
        weakReference = new WeakReference<>(activity);
    }

    @Override
    public void handleMessage(Message msg) {
        super.handleMessage(msg);
        switch (msg.what){
        }
    }
}

3.3 弱引用实际应用案例

具体案例可以参考我的代码：https://github.com/yangchong211/YCVideoPlayer
image
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4.虚引用

4.0 关于PhantomReference类虚引用

虚引用是所有引用类型中最弱的一个。一个持有虚引用的对象，和没有引用几乎是一样的，随时都可能被垃圾回收器回收。当试图通过虚引用的get()方法取得强引用时，总是会失败。并且，虚引用必须和引用队列一起使用，它的作用在于跟踪垃圾回收过程。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，就会在垃圾回收后，销毁这个对象，奖这个虚引用加入引用队列。

4.1 Android实际开发中没有用到过

貌似开发中没有接触过虚引用

5.四种引用其他介绍

5.1 弱引用和软引用区别

弱引用与软引用的根本区别在于：只具有弱引用的对象拥有更短暂的生命周期，可能随时被回收。而只具有软引用的对象只有当内存不够的时候才被回收，在内存足够的时候，通常不被回收。

5.2 使用软引用或者弱引用防止内存泄漏

在Android应用的开发中，为了防止内存溢出，在处理一些占用内存大而且声明周期较长的对象时候，可以尽量应用软引用和弱引用技术。
软引用，弱引用都非常适合来保存那些可有可无的缓存数据。如果这样做，当系统内存不足时，这些缓存数据会被回收，不会导致内存溢出。而当内存资源充足时，这些缓存数据又可以存在相当长的时间。

5.3 到底什么时候使用软引用，什么时候使用弱引用呢？

个人认为，如果只是想避免OutOfMemory异常的发生，则可以使用软引用。如果对于应用的性能更在意，想尽快回收一些占用内存比较大的对象，则可以使用弱引用。
还有就是可以根据对象是否经常使用来判断。如果该对象可能会经常使用的，就尽量用软引用。如果该对象不被使用的可能性更大些，就可以用弱引用。
另外，和弱引用功能类似的是WeakHashMap。WeakHashMap对于一个给定的键，其映射的存在并不阻止垃圾回收器对该键的回收，回收以后，其条目从映射中有效地移除。WeakHashMap使用ReferenceQueue实现的这种机制。

5.4 四种引用用一张表总结[摘自网络]

image

6.源码分析

6.1 首先看看如何通过弱引用加载图片

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6.2 看看Reference的源代码

6.2.1 源码说明：
看到Reference除了带有对象引用referent的构造函数，还有一个带有ReferenceQueue参数的构造函数。那么这个ReferenceQueue用来做什么呢？
需要我们从enqueue这个函数来开始分析。当系统要回收Reference持有的对象引用referent的时候，Reference的enqueue函数会被调用，而在这个函数中调用了ReferenceQueue的enqueue函数。
那么我们来看看ReferenceQueue的enqueue函数做了什么？
6.2.2 看看这段源代码

public abstract class Reference<T> {

    private static boolean disableIntrinsic = false;
    private static boolean slowPathEnabled = false;
    volatile T referent;         /* Treated specially by GC */
    final ReferenceQueue<? super T> queue;
    Reference queueNext;
    Reference<?> pendingNext;

    //返回此引用对象的引用。如果这个引用对象有由程序或垃圾收集器清除，然后此方法返回
    public T get() {
        return getReferent();
    }

    private final native T getReferent();

    //清除此引用对象。调用此方法不会将对象加入队列
    public void clear() {
        this.referent = null;
    }

    //是否引用对象已进入队列，由程序或垃圾收集器。
    //如果该引用对象在创建队列时没有注册，则该方法将始终返回
    public boolean isEnqueued() {
        return queue != null && queue.isEnqueued(this);
    }

    //添加引用对象到其注册的队列，如果他的方法是通过java代码调用
    public boolean enqueue() {
       return queue != null && queue.enqueue(this);
    }

    Reference(T referent) {
        this(referent, null);
    }

    Reference(T referent, ReferenceQueue<? super T> queue) {
        this.referent = referent;
        this.queue = queue;
    }
}

6.3 看看ReferenceQueue的enqueue函数

6.3.1 源码说明
可以看到首先获取同步锁，然后调用了enqueueLocked(Reference)函数
6.3.2 看看这段代码
image

6.4 看看ReferenceQueue的enqueueLocked(Reference)函数

6.4.1 源码说明
通过 enqueueLocked函数可以看到ReferenceQueue维护了一个队列（链表结构），而enqueue这一系列函数就是将reference添加到这个队列（链表）中
6.4.2 看看这段代码
image

6.5 接着看看ReferenceQueue.isEnqueued()代码

6.5.1 让我们回到Reference源码中
可以看到除了enqueue这个函数还有一个isEnqueued函数，同样这个函数调用了ReferenceQueue的同名函数，源码如下：

boolean isEnqueued(Reference<? extends T> reference) {
    synchronized (lock) {
        return reference.queueNext != null && reference.queueNext != sQueueNextUnenqueued;
    }
}

6.5.2 源码分析说明
可以看到先获取同步锁，然后判断该reference是否在队列（链表）中。由于enqueue和isEnqueue函数都要申请同步锁，所以这是线程安全的。
这里要注意“reference.queueNext != sQueueNextUnenqueued”用于判断该Reference是否是一个Cleaner类，在上面ReferenceQueue的enqueueLocked函数中我们可以看到如果一个Reference是一个Cleaner，则调用它的clean方法，同时并不加入链表，并且将其queueNext设置为sQueueNextUnequeued，这是一个空的虚引用

6.6 那么enqueueLocked(Reference)函数中的Cleaner是做什么的

在stackoverflow网站中找到这个解释
- sun.misc.Cleaner是JDK内部提供的用来释放非堆内存资源的API。JVM只会帮我们自动释放堆内存资源，但是它提供了回调机制，通过这个类能方便的释放系统的其他资源。
- 可以看到Cleaner是用于释放非堆内存的，所以做特殊处理。
- 通过enqueue和isEnqueue两个函数的分析，ReferenceQueue队列维护了那些被回收对象referent的Reference的引用，这样通过isEnqueue就可以判断对象referent是否已经被回收，用于一些情况的处理。

6.7 软引用SoftReference源码

6.7.1 关于这段源码分析
可以看到SoftReference有一个类变量clock和一个变量timestamp，这两个参数对于SoftReference至关重要。
- clock：记录了上一次GC的时间。这个变量由GC（garbage collector）来改变。
- timestamp：记录对象被访问（get函数）时最近一次GC的时间。
那么这两个参数有什么用？
- 我们知道软引用是当内存不足时可以回收的。但是这只是大致情况，实际上软应用的回收有一个条件：
- clock - timestamp <= free_heap * ms_per_mb
- free_heap是JVM Heap的空闲大小，单位是MB
- ms_per_mb单位是毫秒，是每MB空闲允许保留软引用的时间。Sun JVM可以通过参数-XX:SoftRefLRUPolicyMSPerMB进行设置
举个栗子：
- 目前有3MB的空闲，ms_per_mb为1000，这时如果clock和timestamp分别为5000和2000，那么
- 5000 - 2000 <= 3 * 1000
- 条件成立，则该次GC不对该软引用进行回收。
- 所以每次GC时，通过上面的条件去判断软应用是否可以回收并进行回收，即我们通常说的内存不足时被回收。
6.7.2 源码如下所示

public class SoftReference<T> extends Reference<T> { 
    static private long clock; 
    private long timestamp; 
    public SoftReference(T referent) { 
        super(referent); 
        this.timestamp = clock; 
    } 
    public SoftReference(T referent, ReferenceQueue<? super T> q) { 
        super(referent, q); 
        this.timestamp = clock; 
    } 
    public T get() { 
        T o = super.get(); 
        if (o != null && this.timestamp != clock) 
            this.timestamp = clock; 
        return o; 
    } 
}

6.8 弱引用WeakReference源码

6.8.1 源码分析说明
没有其他代码，GC时被回收掉。
6.8.2 源码如下所示

public class WeakReference<T> extends Reference<T> { 
    public WeakReference(T referent) { 
        super(referent); 
    } 
    public WeakReference(T referent, ReferenceQueue<? super T> q) { 
        super(referent, q); 
    } 
}

6.9 虚引用PhantomReference源码

6.9.1 源码分析说明
可以看到get函数返回null，正如前面说得虚引用无法获取对象引用。（注意网上有些文章说虚引用不持有对象的引用，这是有误的，通过构造函数可以看到虚引用是持有对象引用的，但是无法获取该引用
同时可以看到虚引用只有一个构造函数，所以必须传入ReferenceQueue对象。
前面提到虚引用的作用是判断对象是否被回收，这个功能正是通过ReferenceQueue实现的。
这里注意：不仅仅是虚引用可以判断回收，弱引用和软引用同样实现了带有ReferenceQueue的构造函数，如果创建时传入了一个ReferenceQueue对象，同样也可以判断。
6.9.2 源码如下所示

public class PhantomReference<T> extends Reference<T> { 
    public T get() { 
        return null; 
    } 
    public PhantomReference(T referent, ReferenceQueue<? super T> q) { 
        super(referent, q); 
    } 
}

7.关于其他

7.1 关于参考案例

7.2 关于版本说明

v1.0 16年6月18日
v1.1 17年11月18日，简单的分析了源码
v1.2 18年重新整理了笔记

7.3 关于我的博客

我的个人站点：www.yczbj.org，www.ycbjie.cn
github：https://github.com/yangchong211
知乎：https://www.zhihu.com/people/yang-chong-69-24/pins/posts
简书：http://www.jianshu.com/u/b7b2c6ed9284
csdn：http://my.csdn.net/m0_37700275
喜马拉雅听书：http://www.ximalaya.com/zhubo/71989305/
泡在网上的日子：http://www.jcodecraeer.com/member/content_list.php?channelid=1
邮箱：yangchong211@163.com
阿里云博客：https://yq.aliyun.com/users/article?spm=5176.100- 239.headeruserinfo.3.dT4bcV

Android 四种引用比较与源码分析

目录介绍

特此说明

0.关于四种引用

0.1 引用说明

0.2 关于Java下ref包和Android下ref包

1.强引用

1.0 关于强引用引用的场景

1.1 强引用介绍

1.2 强引用的特点

1.3 注意相互引用情况

2.软引用

2.0 关于SoftReference软引用

2.1 软引用应用场景

2.2 软引用的简单使用

2.3 软引用的特点

2.4 实际应用案例

2.5 注意避免软引用获取对象为null

3.弱引用

3.0 关于WeakReference弱引用

3.1 WeakReference：防止内存泄漏，要保证内存被虚拟机回收

3.2 弱引用解决办法

3.3 弱引用实际应用案例

4.虚引用

4.0 关于PhantomReference类虚引用

4.1 Android实际开发中没有用到过

5.四种引用其他介绍

5.1 弱引用和软引用区别

5.2 使用软引用或者弱引用防止内存泄漏

5.3 到底什么时候使用软引用，什么时候使用弱引用呢？

5.4 四种引用用一张表总结[摘自网络]

6.源码分析

6.1 首先看看如何通过弱引用加载图片

6.2 看看Reference的源代码

6.3 看看ReferenceQueue的enqueue函数

6.4 看看ReferenceQueue的enqueueLocked(Reference)函数

6.5 接着看看ReferenceQueue.isEnqueued()代码

6.6 那么enqueueLocked(Reference)函数中的Cleaner是做什么的

6.7 软引用SoftReference源码

6.8 弱引用WeakReference源码

6.9 虚引用PhantomReference源码

7.关于其他

7.1 关于参考案例

7.2 关于版本说明

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