JAVA中的四种引用以及ReferenceQueue和WeakHashMap的使用示例

简介：

本文主要介绍JAVA中的四种引用： StrongReference(强引用)、SoftReferenc(软引用)、WeakReferenc(弱引用)、PhantomReference(虚引用)的作用。同时我们还将介绍ReferenceQueue和WeakHashMap的功能和使用示例。

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1. JAVA中的四种引用

四种引用中，软引用、若引用、虚引用都需要相关类来创建。创建的时候都需要传递一个对象，然后通过引用的get方法获取真正的对象。

1.1 StrongReference(强引用)

强引用就是我们一般在程序中引用一个对象的方式

Object obj = new Object();

obj就是一个强引用。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，也不会靠回收具有强引用的对象来解决内存不足的问题。

1.2 SoftReference(软引用)

软引用的创建要借助于java.lang.ref包下的SoftReferenc类。当JVM进行垃圾回收时，只有在内存不足的时候JVM才会回收仅有软引用指向的对象所占的空间。

package javalearning;

import java.lang.ref.SoftReference;
/*
 * 虚拟机参数配置
 * -Xms256m
 * -Xmx1024m
*/
public class SoftReferenceDemo {
	public static void main(String[] args){

		/*软引用对象中指向了一个长度为300000000个元素的整形数组*/
		SoftReference<int[]> softReference =
				new SoftReference<int[]>(new int[300000000]);

		/*主动调用一次gc,由于此时JVM的内存够用，此时softReference引用的对象未被回收*/
		System.gc();
		System.out.println(softReference.get());

		/*消耗内存,会导致一次自动的gc,此时JVM的内存不够用
		 *就回收softReference对象中指向的数组对象*/
		int[] strongReference = new int[100000000];

		System.out.println(softReference.get());
	}
}

我们应该注意到，上面的代码中名为softReference的引用指向了一个
SoftReference对象，这个指向还是一个强引用类型。而SoftReference对象中指向int类型数组的引用就是一个软引用类型了。

运行结果

[I@2a139a55
null

1.3 WeakReference(弱引用)

弱引用的创建要借助于java.lang.ref包下的WeakReferenc类。当JVM进行垃圾回收时，无论内存是否充足，都会回收仅被弱引用关联的对象。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被弱引用指向的对象。

package javalearning;

import java.lang.ref.WeakReference;

public class WeakReferenceDemo {
	public static void main(String[] args){

		/*若引用对象中指向了一个长度为1000个元素的整形数组*/
		WeakReference<String[]> weakReference =
				new WeakReference<String[]>(new String[1000]);

		/*未执行gc,目前仅被弱引用指向的对象还未被回收，所以结果不是null*/
		System.out.println(weakReference.get());

		/*执行一次gc,即使目前JVM的内存够用,但还是回收仅被弱引用指向的对象*/
		System.gc();
		System.out.println(weakReference.get());
	}
}

同理，上面的代码中名为weakReference的引用指向了一个
WeakReference对象，这个指向还是一个强引用类型。而WeakReference对象中指向String类型数组的引用就是一个弱引用类型了。

运行结果

[Ljava.lang.String;@2a139a55
null

1.4 PlantomReference(虚引用)

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。创建一个虚引用对象时必须还要传递一个引用队列（ReferenceQueue）。

2. ReferenceQueue（引用队列）简介

当gc（垃圾回收线程）准备回收一个对象时，如果发现它还仅有软引用(或弱引用，或虚引用)指向它，就会在回收该对象之前，把这个软引用（或弱引用，或虚引用）加入到与之关联的引用队列（ReferenceQueue）中。如果一个软引用（或弱引用，或虚引用）对象本身在引用队列中，就说明该引用对象所指向的对象被回收了。

当软引用（或弱引用，或虚引用）对象所指向的对象被回收了，那么这个引用对象本身就没有价值了，如果程序中存在大量的这类对象（注意，我们创建的软引用、弱引用、虚引用对象本身是个强引用，不会自动被gc回收），就会浪费内存。因此我们这就可以手动回收位于引用队列中的引用对象本身。

除了上面代码展示的创建引用对象的方式。软、弱、虚引用的创建还有另一种方式，即在创建引用的同时关联一个引用队列。

SoftReference(T referent, ReferenceQueue<? super T> q)

WeakReference(T referent, ReferenceQueue<? super T> q)

PhantomReference(T referent, ReferenceQueue<? super T> q)

下面的示例中我们利用ReferenceQueue回收SoftReference对象本身。

package javalearning;

import java.lang.ref.ReferenceQueue;
import java.lang.ref.SoftReference;

public class ReferenceQueneDemo {

	@SuppressWarnings({ "rawtypes", "unchecked" })
	public static void main(String[] args){
		/*创建引用队列*/
		ReferenceQueue<SoftReference<int[]>> rq =
				new ReferenceQueue<SoftReference<int[]>>();

		/*创建一个软引用数组，每一个对象都是软引用类型*/
		SoftReference<int[]>[] srArr = new SoftReference[1000];

		for(int i = 0; i < srArr.length; i++){
			srArr[i] = new SoftReference(new int[300000], rq);
		}

		/*（可能）在gc前保留下了三个强引用*/
		int[] arr1 = srArr[30].get();
		int[] arr2 = srArr[60].get();
		int[] arr3 = srArr[90].get();

		/*占用内存，会导致一次gc，使得只有软引用指向的对象被回收*/
		int[] strongRef = new int[200000000];

		Object x;
		int n = 0;
		while((x = rq.poll()) != null){
			int idx = 0;
			while(idx < srArr.length){
				if(x == srArr[idx]){
					System.out.println("free " + x);
					srArr[idx] = null; /*手动释放内存*/
					n++;
					break;
				}
				idx++;
			}
		}

		/*当然最简单的方法是通过isEnqueued()判断一个软引用方法是否在
		 * 队列中，上面的方法只是举例
		 int n = 0;
		 for(int i = 0; i < srArr.length; i++){
			if(srArr[i].isEnqueued()){
				srArr[i] = null;
				n++;
			}
		 }
		*/
		System.out.println("recycle  " + n + "  SoftReference Object");
	}
}

运行结果（省略部分结果）

……
……
……
free java.lang.ref.SoftReference@cc285f4
free java.lang.ref.SoftReference@55f3ddb1
free java.lang.ref.SoftReference@8bd1b6a
free java.lang.ref.SoftReference@18be83e4
free java.lang.ref.SoftReference@cb5822
recycle  997  SoftReference Object

从上面的例子中可以看出，我们回收SoftReference对象的效率并不高。原因是每从队列中取出一个SoftReference引用，就是我们必须和SoftReference[]数组中的每一个对象逐个比较。这样的查找方式显然不及HashMap，所以我们自然想到构建一个引用类型的HashMap来解决这个问题。而实际上JDK中已经提供了一个具有这样功能的类，即WeakHashMap。

3. WeakHashMap简介

WeakHahsMap 的实现原理简单来说就是HashMap里面的条目 Entry继承了 WeakReference，那么当 Entry 的 key 不再被使用（即，引用对象不可达）且被 GC 后，那么该 Entry 就会进入到 ReferenceQueue 中。当我们调用WeakHashMap 的get和put方法会有一个副作用，即清除无效key对应的Entry。这个过程就和上面的代码很类似了，首先会从引用队列中取出一个Entry对象，然后在HashMap中查找这个Entry对象的位置，最后把这个 Entry 从 HashMap中删除，这时key和value对象都被回收了。重复这个过程直到队列为空。

最后说明一点，WeakHashMap是线程安全的。

package javalearning;

import java.util.WeakHashMap;

public class WeakHashMapDemo {
	public static void main(String[] args){

		WeakHashMap<String, byte[]> whm = new WeakHashMap<String, byte[]>();
		String s1 = new String("s1");
		String s2 = new String("s2");
		String s3 = new String("s3");

		whm.put(s1, new byte[100]);
		whm.put(s2, new byte[100]);
		whm.put(s3, new byte[100]);

		s2 = null;
		s3 = null;

		/*此时可能还未执行gc,所以可能还可以通过仅有弱引用的key找到value*/
		System.out.println(whm.get("s1"));
		System.out.println(whm.get("s2"));
		System.out.println(whm.get("s3"));

		System.out.println("-------------------");

		/*执行gc,导致仅有弱引用的key对应的entry(包括value)全部被回收*/
		System.gc();
		System.out.println(whm.get("s1"));
		System.out.println(whm.get("s2"));
		System.out.println(whm.get("s3"));
	}
}

运行结果

[B@2a139a55
[B@15db9742
[B@6d06d69c
-------------------
[B@2a139a55
null
null

4. 参考内容

[1] Java中的强引用，软引用，弱引用，虚引用有什么用？

[2] ReferenceQueue的使用

[3] 强软弱虚---强引用、软引用、弱引用、虚引用