第 4 讲:谈谈强引用、软引用、弱引用、幻象引用的区别

强引用、软引用、弱引用、幻象引用的区别:

不同的引用类型,主要体现的是对象不同的可达性(reachable)状态和对垃圾收集的影响。

强引用(“Strong” Reference):

我们平常典型编码 Object obj = new Object() 中的 obj 就是强引用。通过关键字 new 创建的对象所关联的引用就是强引用。 当 JVM 内存空间不足,JVM 宁愿抛出 OutOfMemoryError 运行时错误(OOM,内存溢出),使程序异常终止,也不会随意回收具有强引用的“存活”对象来解决内存不足的问题。

回收时间:

对于一个普通的对象,如果没有其他的引用关系,只要超过了引用的作用域或者显式地将相应(强)引用赋值为 null,就是可以被垃圾收集了,当然具体回收时机还是要看垃圾收集策略。

 

软引用(SoftReference):

通过 SoftReference 类实现,软引用的生命周期比强引用短一些,只有当 JVM 认为内存不足时,才会去试图回收软引用指向的对象。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器回收,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。

回收时间:

JVM 会确保在抛出 OutOfMemoryError 之前,清理软引用指向的对象

应用场景:

软引用通常用来实现内存敏感的缓存,如果还有空闲内存,就可以暂时保留缓存,当内存不足时清理掉,这样就保证了使用缓存的同时,不会耗尽内存。

 

弱引用(WeakReference):

通过WeakReference类实现, 弱引用的生命周期比软引用短,不能使对象豁免垃圾收集,仅仅是提供一种访问在弱引用状态下对象的途径。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。

回收时间:

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。由于垃圾回收器是一个优先级很低的线程,因此不一定会很快回收弱引用的对象。

应用场景:

可以用来构建一种没有特定约束的关系,比如,维护一种非强制性的映射关系,如果试图获取时对象还在,就使用它,否则重现实例化。它同样是很多缓存实现的选择。

 

幻想引用:

又称虚引用,通过PhantomReference类来实现,不能通过它访问对象的任何属性或方法。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。幻象引用仅仅是提供了一种确保对象被 finalize 以后,做某些事情的机制。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。

应用场景:

通常用来做所谓的 Post-Mortem 清理机制;利用幻象引用监控对象的创建和销毁。当一个虚引用关联的对象被垃圾收集器回收之前会收到一条系统通知。

 

所有引用类型,都是抽象类 java.lang.ref.Reference 的子类。

除了幻象引用(因为 get 永远返回 null),如果对象还没有被销毁,都可以通过 get 方法获取原有对象。这意味着,利用软引用和弱引用,我们可以将访问到的对象,重新指向强引用,也就是人为的改变了对象的可达性状态!这也是为什么上面图里有些地方画了双向箭头。

所以,对于软引用、弱引用之类,垃圾收集器可能会存在二次确认的问题,以保证处于弱引用状态的对象,没有改变为强引用。此时还有可能出现一个问题:如果我们错误的保持强引用(比如,赋值给了 static 变量),那么对象可能就没有机会变回类似弱引用的可达性状态了,就会产生内存泄漏。所以,检查弱引用指向对象是否被垃圾收集,也是诊断是否有特定内存泄漏的一个思路,如果我们的框架使用到弱引用又怀疑有内存泄漏,就可以从这个角度检查。

  • 对象可达性状态流转分析

Java 定义的不同可达性级别(reachability level):

强可达(Strongly Reachable),就是当一个对象可以有一个或多个线程可以不通过各种引用访问到的情况。比如,我们新创建一个对象,那么创建它的线程对它就是强可达。

软可达(Softly Reachable),就是当我们只能通过软引用才能访问对象的状态。

弱可达(Weakly Reachable),就是无法通过强引用或者软引用访问,只能通过弱引用访问时的状态。这是十分临近 finalize 状态的时机,当弱引用被清除的时候,就符合 finalize 的条件了。

幻象可达(Phantom Reachable)没有强、软、弱引用关联,并且 finalize 过了,只有幻象引用指向这个对象的时候。

不可达(unreachable),对象可以被清除。

判断对象可达性,是 JVM 垃圾收集器决定如何处理对象的一部分考虑。

 

  • 引用队列(ReferenceQueue)使用

我们在创建各种引用并关联到响应对象时,可以选择是否需要关联引用队列,JVM 会在特定时机将引用 enqueue 到队列里,我们可以从队列里获取引用(remove 方法在这里实际是有获取的意思)进行相关后续逻辑。尤其是幻象引用,get 方法只返回 null,如果再不指定引用队列,基本就没有意义了。

  • 显式地影响软引用垃圾收集(了解即可)

软引用通常会在最后一次引用后,还能保持一段时间,默认值是根据堆剩余空间计算的(以 M bytes 为单位)。从 Java 1.3.1 开始,提供了 -XX:SoftRefLRUPolicyMSPerMB 参数,我们可以以毫秒(milliseconds)为单位设置。

这个剩余空间,其实会受不同 JVM 模式影响,对于 Client 模式,比如通常的 Windows 32 bit JDK,剩余空间是计算当前堆里空闲的大小,所以更加倾向于回收;而对于 Server 模式 JVM,则是根据 -Xmx 指定的最大值来计算。

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