温故知新：老铁，WeakReference了解一下？

本文供稿——大师兄

弱引用是个什么鬼？大白话说就是不那么强的引用（哈哈，纯属玩笑，实际可不是这样滴），那强引用又是个什么鬼？他们有什么用处？问题有点迷，君阅完这篇文章后或许你心中就有答案了……

什么是弱引用

在解释弱引用之前，我们可以先来看看什么是强引用。以下是来自官方的定义：

The garbage collector cannot collect an object in use by an application while the application's code can reach that object. The application is said to have a strong reference to the object.

翻译成大白话就是：应用程序的代码可以访问一个正由该程序使用的对象，垃圾回收器就不能回收该对象，就可以认为应用程序对该对象具有强引用。

我们平常用的都是对象的强引用。这种情况下，假如该对象的实例还在被其他地方所使用，那么 GC 是不能回收当前对象的。

如果在实际开发中，你创建了一个很大的对象而且该对象还会不断的“生长”（比如不断往一个静态List中添加大文本的string，而该List忘记在操作之后被清空）。

到最后你或许会得到一个OutOfMemoryException的异常，然后正在吃鸡的你突然接到老板的电话：“明天你可以不用来了，又出线上事故！”。

发生该惨案的原因是，大量的对象实例占用了大量的内存。

此时你可能会问：.NET不是自带了 GC （垃圾回收）吗？ 他不是会在某些时刻把这些对象给释放掉吗？

然而，就像上文所说，因为 GC 认定该对象正在被使用，所以就“不敢”释放该部分资源。

这也提醒了我们，在使用静态资源或者单例对象的时候（特别是静态List、Dictionary等集合）。要特别注意资源释放的问题。

那么有木有一个“神器”既可以保持对象的引用，在适当时候 GC 又 “敢” 回收掉这个对象呢？

此时就可以介绍我们本篇的主角了：弱引用。

“ 弱引用允许应用程序访问对象，同时也允许垃圾回收器收集、回收相应的对象。”

在.NET中，微软给我们提供了WeakReference，来解决上述问题：

WeakReference

我们以一个API服务以及结合本地缓存例子来玩一玩 WeakReference，看看他们会发生什么事情。详细代码如下：

[Route("api/cache")]
[ApiController]
public class CacheController : ControllerBase
{
    public CacheController()
    {
        Interlocked.Increment(ref DiagnosticsController.Requests);
    }

    // 不使用弱引用
    private static Dictionary<long, User> UserCacheStrongReference = new();

    // 使用弱引用
    private static Dictionary<long, WeakReference<User>> UserCacheWeakReference = new();

    [HttpGet]
    [Route("StrongReference")]
    public ActionResult<int> GetUserWithStrongReference()
    {
        User user = new User
        {
            Id = DateTime.Now.Ticks,
            Name = new String('dsx', 10 * 1024),
            Age = new Random().Next(),
            Birthday = DateTime.Now
        };

        UserCacheStrongReference.TryAdd(user.Id, user);

        return UserCacheStrongReference.Count;
    }

    [HttpGet]
    [Route("WeakReference")]
    public ActionResult<int> GetUserWithWeakReference()
    {
        User user = new User
        {
            Id = DateTime.Now.Ticks,
            Name = new String('dsx', 10 * 1024),
            Age = new Random().Next(),
            Birthday = DateTime.Now
        };

        UserCacheWeakReference.TryAdd(user.Id, new WeakReference<User>(user));

        return UserCacheWeakReference.Count;
    }
}

public class User
{
    public long Id { get; set; }
    public string Name { get; set; }
    public int Age { get; set; }
    public DateTime Birthday { get; set; }
}

温馨提示：例子使用了Github上提供的一个示例应用（传送门），它可以帮助我们用折线图的方式呈现实时内存和GC数据。

上面的演示代码比较简单，是我们日常开发中使用本地缓存的常用方式，因此不在赘述。

当程序运行起来的时候，我们使用postjson工具做压力测试，以模拟大量用户请求上述接口的场景。

先看看我们没有任何请求的状态下GC和内存使用情况：

无请求状态下应用已分配（托管对象占用的内存量）内存接近10M，工作集（进程的虚拟地址空间中当前驻留在物理内存中的页集）内存接近80M。

• 强引用测试

  我们模拟一个用户请求5000次的场景

  

  待程序run一会儿，得到下面的一个折线图：

  

  可以看出，随着时间的推移，我们的内存呈现出了直线增长的状态。

• 弱应用测试

  为了测试公平起见，先停止应用程序然后再重新启动，模拟请求参数和上述保持一致：

  

  同样等程序run一会儿，得到下面的一个折线图：

  

相信看到这儿，您应该已经可以看出差距来了。

在强引用的折线图中，虽然间隔一段时间 GC 就会进行一次回收（图中中间位置的三角形）。，但是内存还是不断的在增长。

这也符合我们的预期，应该 GC 不敢对 User 实例进行回收，从而导致字典中的数据越来越多。

而弱引用却恰恰相反，每当 GC 进行一次回收，内存就像过山车一样往下掉。最终一直稳定在 20MB。

还有就是强引用的 GC 进行垃圾回收的频率比弱引用高很多。这是因为内存在往上增长时，GC 则会越频繁的工作，因为他想赶快帮我们释放资源，可哪知我们却不断创建大对象，“深深的伤害了它”。

从WeakReference中获取引用的对象

获取当前WeakReference对象引用的对象很简单，WeakReference提供了一个Target属性以及TryGetTarget方法。

我们通过这个属性就可以获取应用的对象，以上述示例为基础，我们从缓存中获取User对象：

public User GetUserFromWeakReferenceDic(long userId)
{
    if (UserCacheWeakReference.TryGetValue(userId, out WeakReference<User> user))
    {
        if (user.TryGetTarget(out User userInfo))
        {
            return userInfo;
        }else
        {
            //当实例没有的时候，证明它已经被GC所释放了，我们往往需要再次创建它
        }
    }else
    {
        // .....
    }
}

短弱引用和长弱引用

WeakReference 的另外一个构造函数 WeakReference(Object, Boolean)，需要我们传入一个bool类型的值，该值表示何时停止跟踪对象：

长弱引用： 在对象的Finalize方法被执行以后，长弱引用将获得保留，不过对象的某些成员变量或许已被回收，因此这种模式下需要谨慎使用这些变量。

短弱引用： 垃圾回收功能回收对象后，短弱引用的目标值会变为 null，因此对象只在目标被回收前有效。 弱引用本身是托管对象，与其他任何托管对象一样需要经过垃圾回收，需要注意的是，如果对象类型不包含Finalize方法，应用的是短弱引用功能。

总结

弱引用不是“银弹”，那么我们应该在什么时使用弱引用呢？

• 当对象占用大量内存，但通过垃圾回收功能回收以后很容易重新创建的对象特别适合使用弱引用。

因此在使用弱引用时我们需要关注以下准则：

• 仅在必要时使用长弱引用，因为在终结后对象的状态不可预知。

• 避免对小对象使用弱引用，因为指针本身可能和对象一样大，或者比对象还大。

• 避免将弱引用作为内存管理问题的自动解决方案， 而应开发一个有效的缓存策略来处理应用程序的对象。

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