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这次把Java的四种引用一次性说清楚

原创 IT综合 作者:千锋Python唐小强 时间:2020-07-15 16:41:52 0 删除 编辑

前几天在CodeReview的时候,看到了一个用WeakHashMap的代码,进而聊到了WeakReference,再聊到Java四种引用类型。

回想了一下,上次学习Java的强软弱虚四种引用类型,还是在准备面试的时候。平时用得不多,一下子竟然想不清楚它们的区别,只记得它们的强度依次递减。

下来又看了一下这方面的文章,今天好好把它们理清楚。

四种引用的区别

其实四种引用的区别在于GC的时候,对它们的处理不同。用一句话来概括,就是:如果一个对象GC Root可达,强引用不会被回收,软引用在内存不足时会被回收,弱引用在这个对象第一次GC会被回收。

如果GC Root不可达,那不论什么引用,都会被回收

虚引用比较特殊,等于没有引用,不会影响对象的生命周期,但可以在对象被收集器回收时收到一个系统通知。

下面结合案例分别来讲一下四种引用在面对GC时的表现以及它们的常见用途。先设置一下JVM的参数:


-Xms20M 
-Xmx20M 
-Xmn10M 
-verbose
:gc 
-XX
:+PrintGCDetails

强引用

这就是我们平时最常使用的引用。只要GC的时候这个对象GC Root可达,它就不会被回收。如果JVM内存不够了,直接抛出OOM。比如下面这段代码就会抛出OutOfMemoryError:



public 
static 
void 
main
(String[] args) {

   List<Object> list = new LinkedList<>();
    for ( int i = 0; i < 21; i++) {
        list.add( new byte[ 1024 * 1024]);
   }
}

软引用

软引用,当GC的时候,如果GC Root可达,如果内存足够,就不会被回收;如果内存不够用,会被回收。将上面的例子改成软引用,就不会被OOM:



public 
static 
void 
main(
String[] args) {

   List<Object> list = new LinkedList<>();
    for ( int i = 0; i < 21; i++) {
       SoftReference< byte[]> softReference = new SoftReference<>( new byte[ 1024 * 1024]);
       list. add(softReference);
   }
}

我们把程序改造一下,打印出GC后的前后的差别:



public 
static 
void 
main(
String[] args) {

   List<SoftReference< byte[]>> list = new LinkedList<>();
    for ( int i = 0; i < 21; i++) {
       SoftReference< byte[]> softReference = new SoftReference<>( new byte[ 1024 * 1024]);
       list. add(softReference);
       System. out.println( "gc前:" + softReference. get());
   }
   System.gc();
    for (SoftReference< byte[]> softReference : list) {
       System. out.println( "gc后:" + softReference. get());
   }
}

会发现,打印出的日志,GC前都是有值的,而GC后,会有一些是null,代表它们已经被回收。

而我们设置的堆最大为20M,如果把循环次数改成15,就会发现打印出的日志,GC后没有为null的。但通过-verbose:gc -XX:+PrintGCDetails参数能发现,JVM还是进行了几次GC的,只是由于内存还够用,所以没有回收。



public 
static 
void 
main(
String[] args) {

   List<SoftReference< byte[]>> list = new LinkedList<>();
    for ( int i = 0; i < 15; i++) {
       SoftReference< byte[]> softReference = new SoftReference<>( new byte[ 1024 * 1024]);
       list. add(softReference);
       System. out.println( "gc前:" + softReference. get());
   }
   System.gc();
    for (SoftReference< byte[]> softReference : list) {
       System. out.println( "gc后:" + softReference. get());
   }
}

所以软引用的常见用途就呼之欲出了:缓存。尤其是那种希望这个缓存能够持续时间长一点的。

弱引用

软引用,只要这个对象发生GC,就会被回收。

把上面的代码改成软引用,会发现打印出的日志,GC后全部为null。



public 
static 
void 
main(
String[] args) {

   List<WeakReference< byte[]>> list = new LinkedList<>();
    for ( int i = 0; i < 15; i++) {
       WeakReference< byte[]> weakReference = new WeakReference<>( new byte[ 1024 * 1024]);
       list. add(weakReference);
       System. out.println( "gc前:" + weakReference. get());
   }
   System.gc();
    for (WeakReference< byte[]> weakReference : list) {
       System. out.println( "gc后:" + weakReference. get());
   }
}

所以弱引用也适合用来做缓存,不过由于它是只要发生GC就会被回收,所以存活的时间比软引用短得多,通常用于做一些非常临时的缓存。

我们知道,WeakHashMap内部是通过弱引用来管理entry的。它的键是“弱键”,所以在GC时,它对应的键值对也会从Map中删除。

Tomcat中有一个ConcurrentCache,用到了WeakHashMap,结合ConcurrentHashMap,实现了一个线程安全的缓存,感兴趣的同学可以研究一下源码,代码非常精简,加上所有注释,只有短短59行。

ThreadLocal中的静态内部类ThreadLocalMap里面的entry是一个WeakReference的继承类。

使用弱引用,使得ThreadLocalMap知道ThreadLocal对象是否已经失效,一旦该对象失效,也就是成为垃圾,那么它所操控的Map里的数据也就没有用处了,因为外界再也无法访问,进而决定擦除Map中相关的值对象,Entry对象的引用,来保证Map总是保持尽可能的小。

虚引用

虚引用的设计和上面三种引用有些不同,它并不影响GC,而是为了在对象被GC时,能够收到一个系统通知。

那它是怎么被通知的呢?虚引用必须要配合ReferenceQueue,当GC准备回收一个对象,如果发现它还有虚引用,就会在回收之前,把这个虚引用加入到与之关联的ReferenceQueue中。

那NIO是如何利用虚引用来管理内存的呢?

DirectBuffer直接从Java堆之外申请一块内存, 这块内存是不直接受JVM GC管理的, 也就是说在GC算法中并不会直接操作这块内存. 这块内存的GC是由于DirectBuffer在Java堆中的对象被GC后, 通过一个通知机制, 而将其清理掉的.

DirectBuffer内部有一个Cleaner。这个Cleaner是PhantomReference的子类。当DirectBuffer对象被回收之后, 就会通知到PhantomReference。然后由ReferenceHandler调用tryHandlePending()方法进行pending处理. 如果pending不为空, 说明DirectBuffer被回收了, 就可以调用Cleaner的clean()进行回收了。

上面这个方法的代码在Reference类里面,有兴趣的同学可以去看一下那个方法的源码。

总结

以上就是Java中四种引用的区别。一般来说,强引用我们都知道,虚引用很少用到。而软引用和弱引用的区别在于回收的时机:软引用GC时,发现内存不够才回收,弱引用只要一GC就会回收。

这次把Java的四种引用一次性说清楚


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