美团一面：说一说Java中的四种引用类型？

引言

在JDK1.2之前Java并没有提供软引用、弱引用和虚引用这些高级的引用类型。而是提供了一种基本的引用类型，称为Reference。并且当时Java中的对象只有两种状态：被引用和未被引用。当一个对象被引用时，它将一直存在于内存中，直到它不再被任何引用指向时，才会被垃圾回收器回收。而被引用也就是强引用。

而在JDK1.2之后对引用的概念进行了扩充，分为了强引用(StrongReference)、软引用(SoftReference)、弱引用(WeakReference)和虚引用(PhantomReference)，这4种引用的强度依次减弱。他们的关系如下如：

强引用

强引用是Java中最常见的引用类型。当你创建一个对象并将其赋值给一个变量时，这个变量会持有该对象的强引用。

Order order = new Order(); // 只要order还指向Order对象，那么Order对象就不会被回收
order = null; // 强引用都被设置为 null 时，不可达，则Order对象被回收

只要存在强引用指向对象，垃圾回收器将永远不会回收该对象，即使内存不足也不会回收。这可能导致内存溢出，因为即使内存不足，JVM也不会回收强引用对象。当强引用都被设置为null时，对象变成不可达状态，垃圾回收器会在适当的时候将其回收。

比如以下示例，我们创建一个2M的数组，但是我们设置JVM参数：-Xms2M -Xmx3M，将JVM的初始内存设为2M，最大可用内存为3M。

public static void main(String[] args) {
    //定义一个2M的数组
    byte[] objects = new byte[1024 * 1024 * 2];
}

此时我们执行方法后，发现报错：

对于强引用，即使内存不够使用，直接报错OOM，强引用也不会被回收。

对于强引用，就好比生活中，当我们拥有家里的钥匙时，我们可以随时进入你的家，即使我们不需要进入，也能确保我们可以进入。钥匙是我们进入家的强引用。只有当我们不再拥有钥匙时，我们才无法进入家，类似于当没有强引用指向一个对象时，该对象才能被垃圾回收。

软引用

在JDK1.2之后，用java.lang.ref.SoftReference类来表示软引用。软引用允许对象在内存不足时被垃圾回收器回收。如果一个对象只有软引用指向它，当系统内存不足时，垃圾回收器会尝试回收这些对象来释放内存，如果回收了软引用对象之后仍然没有足够的内存，才会抛出内存溢出异常。软引用适用于需要缓存大量对象，但又希望在内存不足时释放部分对象以避免内存溢出的情况，用于实现缓存时，当内存紧张时，可以释放部分缓存对象以保证系统的稳定性。

以下示例我们设置JVM参数为：-Xms3M -Xmx5M，然后连续创建了10个大小为1M的字节数组，并赋值给了软引用，然后循环遍历将这些对象打印出来。

private static final List<Object> list = Lists.newArrayList();  

public static void main(String[] args) {
    IntStream.range(0, 10).forEach(i -> {
        byte[] buff = new byte[1024 * 1024];
        SoftReference<byte[]> sr = new SoftReference<>(buff);
        list.add(sr);
    });  

    System.gc(); // 主动通知垃圾回收  

    list.forEach(l -> {
        Object obj = ((SoftReference<?>) l).get();
        System.out.println("Object: " + obj);
    });
}

然后我们执行代码之后：

对于打印结果中，只有最后一个对象保留了下来，其他的obj全都被置空回收了。即说明了在内存不足的情况下，软引用将会被自动回收。

对于弱引用，就像我们医药箱里的备用药，当我们需要药品时，我们会先看看医药箱里是否有备用药。如果医药箱里有足够的药品（内存足够），我们就可以使用备用药；但如果医药箱里的备用药不够了（内存不足），我们可能会去药店购买。在内存不足时，垃圾回收器可能会回收软引用对象，类似于我们在医药箱里的备用药被用完时去药店购买。

弱引用

JDK1.2之后，用java.lang.ref.WeakReference来表示弱引用。弱引用与软引用类似，但强度更弱。即使内存足够，只要没有强引用指向一个对象，垃圾回收器就可以随时回收该对象。弱引用适用于需要临时引用对象的场景，如临时缓存或临时存储对象。也可以用于解决对象之间的循环引用问题，避免内存泄漏。

对于上述示例中，我们将数组赋值给弱引用

private static final List<Object> list = Lists.newArrayList();  

public static void main(String[] args) {
    IntStream.range(0, 10).forEach(i -> {
        byte[] buff = new byte[1024 * 1024];
        WeakReference<byte[]> sr = new WeakReference<>(buff);
        list.add(sr);
    });  

    System.gc(); // 主动通知垃圾回收  

    list.forEach(l -> {
        Object obj = ((WeakReference<?>) l).get();
        System.out.println("Object: " + obj);
    });
}

执行结果发现所有的对象都是null，即都被回收了。

对于弱引用，就像我们正在旅行，使用一张一次性地图。我们只在需要导航时使用地图，一旦旅行结束，我们就不再需要地图了。这时我们可以选择扔掉地图，类似于弱引用，在垃圾回收器运行时，无论内存是否充足，对象都可能被回收。

虚引用

在 JDK1.2之后，用java.lang.ref.PhantomReference类来表示虚引用。虚引用是最弱的引用类型，它几乎对对象没有任何影响，不能通过虚引用获取对象，也不能通过它来阻止对象被垃圾回收。从源码中可以看出它只有一个构造函数和一个 get() 方法，而且它的 get() 方法仅仅是返回一个null，也就是说将永远无法通过虚引用来获取对象，虚引用必须要和 ReferenceQueue 引用队列一起使用。

虚引用可以用于在对象被回收时进行后续操作，如对象资源释放或日志记录，常用于跟踪对象被垃圾回收的状态，执行一些清理工作。

而对于弱引用，就像我们去商店，商店入口处的门闩并不直接影响你进入房屋，但它会在有人进入或离开时发出声音，提醒你有人进店(欢迎光临)或者离开(欢迎再来)。类似地，虚引用并不直接影响对象的生命周期，但它可以在对象被回收时发出通知，让你有机会进行一些后续操作，比如资源释放或者记录日志。

引用队列

引用队列（ReferenceQueue）是Java中的一个特殊队列，用于配合软引用、弱引用和虚引用，实现更灵活的对象引用和回收管理。

引用队列的主要作用是跟踪对象的垃圾回收过程。当一个软引用、弱引用或虚引用指向的对象被垃圾回收器回收时，如果它们与一个引用队列关联，那么这些引用就会被自动加入到引用队列中。通过监视引用队列中的对象，我们可以了解到对象的回收状态，从而执行一些额外的操作，比如资源释放或日志记录等。

总结

Java中的四种引用类型各具特点，可根据程序需求选择合适的引用类型。强引用保证对象不被意外回收，软引用和弱引用用于实现缓存或解决内存敏感问题，而虚引用则用于对象回收后的通知和清理操作。合理使用引用类型可以更好地管理内存和避免内存泄漏问题。

本文已收录于我的个人博客：码农Academy的博客，专注分享Java技术干货，包括Java基础、Spring Boot、Spring Cloud、Mysql、Redis、Elasticsearch、中间件、架构设计、面试题、程序员攻略等