你不可不知的Java引用類型之——虛引用

定義

虛引用是使用PhantomReference創建的引用，虛引用也稱為幽靈引用或者幻影引用，是所有引用類型中最弱的一個。一個對象是否有虛引用的存在，完全不會對其生命周期構成影響，也無法通過虛引用獲得一個對象實例。

說明

虛引用，正如其名，對一個對象而言，這個引用形同虛設，有和沒有一樣。

如果一個對象與GC Roots之間僅存在虛引用，則稱這個對象為虛可達（phantom reachable）對象。

當試圖通過虛引用的get()方法取得強引用時，總是會返回null，並且，虛引用必須和引用隊列一起使用。既然這么虛，那么它出現的意義何在？？

別慌別慌，自然有它的用處。它的作用在於跟蹤垃圾回收過程，在對象被收集器回收時收到一個系統通知。 當垃圾回收器准備回收一個對象時，如果發現它還有虛引用，就會在垃圾回收后，將這個虛引用加入引用隊列，在其關聯的虛引用出隊前，不會徹底銷毀該對象。 所以可以通過檢查引用隊列中是否有相應的虛引用來判斷對象是否已經被回收了。

如果一個對象沒有強引用和軟引用，對於垃圾回收器而言便是可以被清除的，在清除之前，會調用其finalize方法，如果一個對象已經被調用過finalize方法但是還沒有被釋放，它就變成了一個虛可達對象。

與軟引用和弱引用不同，顯式使用虛引用可以阻止對象被清除，只有在程序中顯式或者隱式移除這個虛引用時，這個已經執行過finalize方法的對象才會被清除。想要顯式的移除虛引用的話，只需要將其從引用隊列中取出然后扔掉（置為null）即可。

同樣來看一個栗子：

public class PhantomReferenceTest {
    private static final List<Object> TEST_DATA = new LinkedList<>();
    private static final ReferenceQueue<TestClass> QUEUE = new ReferenceQueue<>();

    public static void main(String[] args) {
        TestClass obj = new TestClass("Test");
        PhantomReference<TestClass> phantomReference = new PhantomReference<>(obj, QUEUE);

        // 該線程不斷讀取這個虛引用，並不斷往列表里插入數據，以促使系統早點進行GC
        new Thread(() -> {
            while (true) {
                TEST_DATA.add(new byte[1024 * 100]);
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                    Thread.currentThread().interrupt();
                }
                System.out.println(phantomReference.get());
            }
        }).start();

        // 這個線程不斷讀取引用隊列，當弱引用指向的對象唄回收時，該引用就會被加入到引用隊列中
        new Thread(() -> {
            while (true) {
                Reference<? extends TestClass> poll = QUEUE.poll();
                if (poll != null) {
                    System.out.println("--- 虛引用對象被jvm回收了 ---- " + poll);
                    System.out.println("--- 回收對象 ---- " + poll.get());
                }
            }
        }).start();

        obj = null;

        try {
            Thread.currentThread().join();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
            System.exit(1);
        }
    }

    static class TestClass {
        private String name;

        public TestClass(String name) {
            this.name = name;
        }

        @Override
        public String toString() {
            return "TestClass - " + name;
        }
    }
}

使用的虛擬機設置如下：

-verbose:gc -Xms4m -Xmx4m -Xmn2m

運行結果如下：

[GC (Allocation Failure)  1024K->432K(3584K), 0.0113386 secs]
[GC (Allocation Failure)  1455K->520K(3584K), 0.0133610 secs]
[GC (Allocation Failure)  1544K->648K(3584K), 0.0008654 secs]
null
null
null
[GC (Allocation Failure)  1655K->973K(3584K), 0.0008111 secs]
null
...省略幾個null的輸出
[GC (Allocation Failure)  1980K->1997K(3584K), 0.0009289 secs]
[Full GC (Ergonomics)  1997K->1870K(3584K), 0.0048483 secs]
--- 弱引用對象被jvm回收了 ---- java.lang.ref.PhantomReference@74cbe23d
--- 回收對象 ---- null
null
...省略幾個null和幾次Full GC的輸出
[Full GC (Ergonomics)  2971K->2971K(3584K), 0.0024850 secs]
[Full GC (Allocation Failure)  2971K->2971K(3584K), 0.0022460 secs]
Exception in thread "Thread-0" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
	at weakhashmap.PhantomReferenceTest.lambda$main$0(PhantomReferenceTest.java:20)
	at weakhashmap.PhantomReferenceTest$$Lambda$1/2065951873.run(Unknown Source)
	at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

因為設置的虛擬機堆大小比較小，所以創建一個100k的對象時直接進入了老年代，等到發生Full GC時才會被掃描然后回收。

適用場景

使用虛引用的目的就是為了得知對象被GC的時機，所以可以利用虛引用來進行銷毀前的一些操作，比如說資源釋放等。這個虛引用對於對象而言完全是無感知的，有沒有完全一樣，但是對於虛引用的使用者而言，就像是待觀察的對象的把脈線，可以通過它來觀察對象是否已經被回收，從而進行相應的處理。

事實上，虛引用有一個很重要的用途就是用來做堆外內存的釋放，DirectByteBuffer就是通過虛引用來實現堆外內存的釋放的。

小結

• 虛引用是最弱的引用
• 虛引用對對象而言是無感知的，對象有虛引用跟沒有是完全一樣的
• 虛引用不會影響對象的生命周期
• 虛引用可以用來做為對象是否存活的監控