4种Java引用浅解

近期研究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，须要合理的利用。Cache不是只HashMap那么简单，Java引用与Java垃圾回收机制也有很紧密的关系。
• 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。大量运用这样的技术，非常快就报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)认为内存不够用的时候，会触发垃圾回收操作(GC)，清除没用的对象，释放内存。但是怎样推断一个对象是否是垃圾呢？当中的一个方法是计算指向该对象的引用数量，假设引用数量为0，那么该对象就为垃圾(Thread对象是例外)，否则还实用处，不能被回收。但是假设把引用数为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仅仅有弱引用的对象。

依照一个对象的引用可达(Reachable)强度，由强到弱分为5类，例如以下:

• 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，可是通过一个软引用(SoftReference)可达。
• 弱可达(Soft Reachable)
  
  既不是强可达也不是软可达，可是通过一个弱引用(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，可是通过一个虚引用(PhantomReference)可达。
• 不可达(Unreachable)
  
  没有不论什么引用指向对象。

比較好、easy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，清理全部的软引用对象

4种Java引用

在实现一个缓存系统的时候，假设所有使用强引用，那么你须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很相近。以下分别介绍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。比方，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，仅仅只是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，可是它会把虚引用放到引用队列里面。

两个測试样例

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");

			// 測试第一个是否依旧存活
			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");

			// 測试第一个是否依旧存活
			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。弱引用仅仅适合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。

參考连接

• 理解弱引用
• JDK java.lang.ref包文档，以及类说明