4种Java引用浅解
最近研究Java Cache实现，发现使用到了软引用(SoftReference)，不太理解，查阅了JDK文档、代码以及几篇文章。做个小结，如有错误，欢迎指正。
之所以想学习一下Java的几种引用类型，原因有两个:
- 理解Java Cache实现、学习Java引用与Java垃圾回收机制的关系
内存资源是有限的，需要合理的利用。Cache不是仅仅HashMap那么简单，Java引用与Java垃圾回收机制也有非常紧密的关系。 - 避免对Java引用的错误使用
某个同事把5000+交易数据放到一个HashMap里面，用一个Spring Singleton Bean的全局属性指向该HashMap。大量运用这种技术，很快就报out of memory。再大的内存也架不住对内存的错误使用。理解原理有助于我们尽量少犯或不犯低级错误。
Java引用与Java垃圾回收机制的关系
当Java虚拟机(JVM)觉得内存不够用的时候，会触发垃圾回收操作(GC)，清除无用的对象，释放内存。可是如何判断一个对象是否是垃圾呢？其中的一个方法是计算指向该对象的引用数量，如果引用数量为0，那么该对象就为垃圾(Thread对象是例外)，否则还有用处，不能被回收。但是如果把引用数为0的对象都回收了，还是不能满足内存需求怎么办？Java把引用分为4种类型，垃圾回收器会尝试回收只有弱引用的对象。
按照一个对象的引用可达(Reachable)强度，由强到弱分为5类，如下:
- 强可达(Strong Reachable)
在一个线程内，无需引用直接可达，新创建的对象是强可达的。 - 软可达(Soft Reachable)
不是强可达的，但是通过一个软引用(SoftReference)可达。 - 弱可达(Soft Reachable)
既不是强可达也不是软可达，但是通过一个弱引用(WeakReference)可达。 - 虚可达(Phantom Reachable)
既不是强可达，不是软可达，也不是弱可达，但是通过一个虚引用(PhantomReference)可达。 - 不可达(Unreachable)
没有任何引用指向对象。
比较好、容易理解的是Java垃圾回收器会优先清理可达强度低的对象。另外有两个重要的点:
- 强可达的一定不会被清理
- JVM保证抛出out of memory之前，清理所有的软引用对象
4种Java引用
在实现一个缓存系统的时候，如果全部使用强引用，那么你需要自己去手动的把某些引用clear掉(引用置位null)，否则迟早会抛出out of memory错误。缓存系统引入弱引用或者软引用的唯一原因是，把引用clear的事情交由Java垃圾回收器来处理，cache程序自己置身事外。
几种弱引用的使用方式非常相近。下面分别介绍4种引用类型。
强引用(StrongReference)
我们平时申明变量使用的就是强引用，普通系统99%以上都是强引用。比如，String s = "Hello World"
弱引用(WeakReference)
垃圾回收器某个时刻决定回收软可达的对象的时候，会清理软引用，并可选的把引用存放到一个引用队列(ReferenceQueue)。
软引用(SoftReference)
类似弱引用，只不过Java虚拟机会尽量让软引用的存活时间长一些，迫不得已才清理。
虚引用(PhantomReference)
仅用来处理资源的清理问题，比Object里面的finalize机制更灵活。get方法返回的永远是null，Java虚拟机不负责清理虚引用，但是它会把虚引用放到引用队列里面。
两个测试例子
使用HashMap，会报out of memory错误。
public static void main(String[] args) {
Map<String, String> list = new HashMap<String, String>();
long i = 1;
while (i < 100000000L) {
list.put(
String.valueOf(i),
"JDJJDJJJJJJJJJJ%%%%%%%%JJJJJJJJJJJJJJJKKKKKKKKKKKKKKKKKJJJJJJ"
+ "JJJKKKKKHDDDJDJDJDJDJDJDJDJJDJDJDJDJDJDJJDJDJDJDJJDJDJJJJJJJJJ"
+ "JJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJ"
+ "JJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJ");
// 测试第一个是否依然存活
if (i % 100000 == 0) {
System.out.println(list.get(String.valueOf(1)));
}
i++;
}
}使用WeakHashMap，不会报out of memory错误。
public static void main(String[] args) {
Map<String, String> list = new WeakHashMap<String, String>();
long i = 1;
while (i < 100000000L) {
list.put(
String.valueOf(i),
"JDJJDJJJJJJJJJJ%%%%%%%%JJJJJJJJJJJJJJJKKKKKKKKKKKKKKKKKJJJJJJ"
+ "JJJKKKKKHDDDJDJDJDJDJDJDJDJJDJDJDJDJDJDJJDJDJDJDJJDJDJJJJJJJJJ"
+ "JJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJ"
+ "JJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJ");
// 测试第一个是否依然存活
if (i % 100000 == 0) {
System.out.println(list.get(String.valueOf(1)));
}
i++;
}
}小结
Java语言里面数组(Array)、列表(List)、Map等容器，对里面的每一个对象都有一个引用，大数据的情况下要小心内存泄露。弱引用只适合cache等特殊场景，对于那些一定不能Java让垃圾回收器回收的对象，要使用强引用。
参考连接
- 理解弱引用
- JDK java.lang.ref包文档，以及类说明