java對象的四種引用：強引用、軟引用、弱引用和虛引用

在JDK1.2之前，創建的對象只有在處於可觸及（reachable）的狀態下，才能被程序使用。也就是說，若一個對象不被任何變量引用，那么程序就無法再使用這個對象。垃圾回收器一旦發現這些無用對象，就會對其進行回收。但是，在某些情況下，我們會希望有些對象不需要被立即回收，或者說從全局的角度來說沒有立即回收的必要性。比如緩存系統的設計，在內存不吃緊或者說為了提高運行效率的情況下，一些暫時不用的對象仍然可放置在內存中，而不是立即進行回收。

為了滿足這種要求，從JDK1.2版本開始，Java的設計人員把對象的引用細分為強引用（Strong Reference）、軟引用（Soft Reference）、弱引用（Weak Reference）和虛引用（Phantom Reference）四種級別，細分的准則是體現在被GC回收的優先級上：強引用>軟引用>弱引用>虛引用。

這樣，從JDK1.2開始，GC垃圾回收器回收對象時，對象的有效性分析不僅僅是需要考慮對象可達性，還需要考慮對象的引用強度，從而使程序可以更加靈活地控制對象的生命周期。可以用一個公式概括：對象的有效性=可達性+引用類型。

強引用（Strong Reference）

強引用表示一個對象處在【有用，必須】的狀態，是使用最普遍的引用。如果一個對象具有強引用，那么垃圾回收器絕不會回收它。就算在內存空間不足的情況下，Java虛擬機寧可拋出OutOfMemoryError錯誤，使程序異常終止，也不會通過回收具有強引用的對象來解決內存不足的問題。

Student student = new Student(); // 這就是強引用

后面的軟引用、弱引用和虛引用都是基於強引用的，都需要強引用的對象。意思就是說，必須先有強引用的對象，然后在這個強引用的對象上做文章，通過一定操作把它變成軟引用、弱引用或虛引用的對象。

軟引用（Soft Reference）

軟引用表示一個對象處在【有用，但非必須】的狀態。在內存空間足夠的情況下，如果一個對象只具有軟引用，那么垃圾回收器就不會回收它，但是如果內存空間不足，垃圾回收器就會回收這個對象（回收發生在OutOfMemoryError錯誤之前）。只要垃圾回收器沒有回收它，這個對象就能被程序使用。

軟引用可以用來實現內存敏感的高速緩存。

軟引用可以和一個引用隊列（Reference Queue）聯合使用，如果軟引用所引用的對象被垃圾回收器回收，Java虛擬機就會把這個軟引用加入到與之關聯的引用隊列中，以便在恰當的時機將該軟引用回收。但是由於GC線程的優先級較低，通常手動調用System.gc()並不能立即執行GC，因此軟引用所引用的對象並不一定會被馬上回收。

Student student = new Student();
SoftReference softReference = new SoftReference(student);

弱引用（Weak Reference）

弱引用表示一個對象處在【可能有用，但非必須】的狀態。類似於軟引用，但是強度比軟引用更弱一些：只具有弱引用的對象擁有更短暫的生命周期。GC線程在掃描它所管轄的內存區域的過程中，一旦發現只具有弱引用的對象，就會回收掉這些被弱引用關聯的對象。也就是說，無論當前內存是否緊缺，GC都會回收被弱引用關聯的對象。不過，由於GC是一個優先級很低的線程，因此不一定會很快發現那些只具有弱引用的對象。

弱引用同樣可以和一個引用隊列（Reference Queue）聯合使用，如果弱引用所引用的對象被垃圾回收器回收，Java虛擬機就會把這個弱引用加入到與之關聯的引用隊列中。

Student student = new Student();
WeakReference weakReference = new WeakReference(student);

虛引用（Phantom Reference）

虛引用表示一個對象處在【無用】的狀態。這意味着虛引用等同於沒有引用，在任何時候都可能被GC回收。設置虛引用的目的是為了被虛引用關聯的對象在被垃圾回收器回收的時候，能夠收到一個系統通知（用來跟蹤對象被GC回收的活動）。

虛引用和弱引用的區別在於：虛引用的使用必須和引用隊列（Reference Queue）聯合使用。

ReferenceQueue referenceQueue = new ReferenceQueue();
PhantomReference phantomReference = new PhantomReference(object， queue);

這意味着，GC在回收一個對象時，如果發現該對象具有虛引用，那么在回收之前就會首先將該對象的虛引用加入到與之關聯的引用隊列中。程序可以通過判斷引用隊列中是否已經加入虛引用來了解被引用的對象是否將要被GC回收。如果程序發現某個虛引用已經被加入到引用隊列，那么就可以在所引用的對象的內存被回收之前采取必要的行動。

應用：使用軟引用構建敏感數據的緩存

1.為什么需要使用軟引用

首先，我們看一個雇員信息系統查詢的實例。我們將使用一個Java語言實現的雇員信息查詢系統去查詢存儲在磁盤文件或者數據庫中的雇員的人事檔案信息。作為一個用戶，我們完全有可能需要回頭去查看幾分鍾前，甚至是幾秒鍾前查看過的雇員檔案信息（同樣，我們在瀏覽WEB頁面的時候也經常會使用后退按鈕）。

這時我們通常會有兩種程序實現方式，一種是把歷史查看過的雇員信息保存在內存中，每一個存儲了雇員檔案信息的Java對象的生命周期貫穿整個應用程序；另一種是當用戶開始查看其它雇員的檔案信息的時候，把存儲了當前所查看的雇員檔案信息的Java對象結束引用，使得垃圾收集線程可以回收其所占用的內存空間，當用戶再次需要瀏覽該雇員的檔案信息的時候，重新構建該雇員的信息。

很顯然，第一種實現方式將造成大量的內存浪費；而第二種實現的缺陷在於，即使垃圾收集線程還沒有進行垃圾收集，包含雇員檔案信息的對象仍然完好地存放在內存中，應用程序也要重新構建一個對象（垃圾回收線程不是即時回收的）。我們知道，訪問磁盤文件、訪問網絡資源、查詢數據庫等操作都是影響應用程序執行性能的重要因素，如果能重新獲取那些尚未被回收的Java對象的引用，必將減少不必要的訪問，大大地提高程序的運行速度。

2.如果使用軟引用

SoftReference的特點是它的一個實例保存對一個Java對象的軟引用，該軟引用的存在不妨礙垃圾收集線程對該Java對象的回收。也就是說，一旦SoftReference保存了對一個Java對象的軟引用后，在垃圾回收線程將這個Java對象回收前，SoftReference類所提供的get()方法返回Java對象的強引用。另外，一旦垃圾回收線程回收該Java對象之后，get()方法將返回null。

MyObject aRef = new MyObject();
SoftReference aSoftRef = new SoftReference(aRef); 

在上面的代碼中，對於這個new出來的MyObject對象，有兩個引用路徑，一個是來自SoftReference對象的軟引用，一個是來自變量aRef的強引用，所以現在這個new出來的MyObject對象是一個強可及對象。我們可以隨即結束aRef變量對它的強引用：

aRef = null;

這時，這個new出來的MyObject對象就變成了軟可及對象。如果垃圾收集線程開始進行內存垃圾收集，並不會因為有一個SoftReference對該對象的引用而始終保留該對象。Java虛擬機的垃圾收集線程對軟可及對象和其它一般Java對象進行了區別對待：軟可及對象的清理是由垃圾收集線程根據其特定算法按照內存需求決定的。也就是說，垃圾收集線程會在虛擬機拋出OutOfMemoryError之前回收軟可及對象，而且虛擬機會盡可能優先回收長時間閑置不用的軟可及對象，而盡可能保留那些剛剛構建的或剛剛使用過的"新"軟可及對象。那么，在回收這些對象之前，我們可以通過下面的代碼重新獲得該實例對象的強引用：

MyObject anotherRef = (MyObject)aSoftRef.get(); 

但是要是該實例對象已經被垃圾收集線程回收了的話，調用get()方法也只能獲得null了。

3.使用ReferenceQueue清除失去了軟引用對象的SoftReference

作為一個Java對象，SoftReference對象除了具有保存軟引用的特殊性之外，也具有Java對象的一般性。所以當軟可及對象被回收之后，雖然可能需要這個SoftReference對象的get()方法返回null，但是這個SoftReference對象已經不再具有存在的價值，需要一個適當的清除機制，避免大量SoftReference對象帶來的內存泄漏。

在java.lang.ref包里還提供了ReferenceQueue類。在創建SoftReference對象的時候，可以使用一個ReferenceQueue對象作為參數提供給SoftReference的構造方法。

ReferenceQueue queue = new ReferenceQueue();
SoftReference ref = new SoftReference(aMyObject, queue); 

這樣，當這個SoftReference所軟引用的實例對象被垃圾收集器回收的同時，ref所強引用的SoftReference對象也會被列入ReferenceQueue中。也就是說，ReferenceQueue中保存的對象是Reference對象，而且是已經失去了它所軟引用的對象的Reference對象。另外從ReferenceQueue的名字也可以看出，它是一個隊列，當我們調用它提供的poll()方法的時候，如果這個隊列不是空隊列，那么將返回隊列前面的哪個Reference對象。

在任何時候，我們都可以調用ReferenceQueue的poll()方法來檢查它所關心的非強可及對象被回收。如果隊列為空，將返回一個null，否則將返回隊列中前面的一個Reference對象。利用這個方法，我們可以檢查哪個SoftReference所軟引用的對象已經被回收。於是我們可以把這些失去所軟引用對象的SoftReference對象清除掉。常用的方式為：

SoftReference ref = null;
while ((ref = (EmployeeRef) queue.poll()) != null) {
    // 清除ref
}

4.使用軟引用的總結

因為使用的是軟引用，那么當需要查看之前的查看過的雇員信息的時候，就可以重新創建強關聯的引用，把之前取消強關聯的、但還沒被垃圾回收線程回收的、存放了雇員信息的Java對象重新撿起來用，這樣就相當於做了緩存，既避免了對象不回收造成的內存浪費，也可以有效避免創建新對象的資源消耗（只有原來的對象被垃圾回收線程回收了，才需要創建新的對象）。