軟引用、弱引用、虛引用-他們的特點及應用場景

目錄

一、強引用

二、軟引用

三、弱引用

四、虛引用

五、總結

在JDK1.2以前的版本中，當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。也就是說，只有對象處於可觸及狀態，程序才能使用它。這就像在商店購買了某樣物品后，如果有用就一直保留它，否則就把它扔到垃圾箱，由清潔工人收走。一般說來，如果物品已經被扔到垃圾箱，想再把它撿回來使用就不可能了。

但有時候情況並不這么簡單，可能會遇到可有可無的"雞肋"物品。這種物品現在已經無用了，保留它會占空間，但是立刻扔掉它也不划算，因為也許將來還會派用場。對於這樣的可有可無的物品：如果家里空間足夠，就先把它保留在家里，如果家里空間不夠，即使把家里所有的垃圾清除，還是無法容納那些必不可少的生活用品，那么再扔掉這些可有可無的物品。

在Java中，雖然不需要程序員手動去管理對象的生命周期，但是如果希望某些對象具備一定的生命周期的話（比如內存不足時JVM就會自動回收某些對象從而避免OutOfMemory的錯誤）就需要用到軟引用和弱引用了。

從Java SE2開始，就提供了四種類型的引用：強引用、軟引用、弱引用和虛引用。Java中提供這四種引用類型主要有兩個目的：第一是可以讓程序員通過代碼的方式決定某些對象的生命周期；第二是有利於JVM進行垃圾回收。

一、強引用
之前我們使用的大部分引用實際上都是強引用，這是使用最普遍的引用。比如下面這段代碼中的object和str都是強引用：

Object object = new Object();
String str = "StrongReference";

如果一個對象具有強引用，那就類似於必不可少的物品，不會被垃圾回收器回收。當內存空間不足，Java虛擬機寧願拋出OutOfMemoryError錯誤，使程序異常終止，也不回收這種對象。

public class StrongReference {
    public static void main(String[] args) {
        new StrongReference().method1();
    }
    public void method1(){
        Object object=new Object();
        Object[] objArr=new Object[Integer.MAX_VALUE];
    }
}

運行結果：

當運行至Object[] objArr = new Object[Integer.MAX_VALUE]時，如果內存不足，JVM會拋出OOM錯誤也不會回收object指向的對象。不過要注意的是，當method1運行完之后，object和objArr都已經不存在了，所以它們指向的對象都會被JVM回收。

如果想中斷強引用和某個對象之間的關聯，可以顯示地將引用賦值為null，這樣一來的話，JVM在合適的時間就會回收該對象。

比如ArraryList類的clear方法中就是通過將引用賦值為null來實現清理工作的

public void clear() {
      modCount++;
 
      // Let gc do its work
      for (int i = 0; i < size; i++)
          elementData[i] = null;
 
      size = 0;
}

在ArrayList類中定義了一個私有的變量elementData數組，在調用方法清空數組時可以看到為每個數組內容賦值為null。不同於elementData=null，強引用仍然存在，避免在后續調用 add()等方法添加元素時進行重新的內存分配。使用如clear()方法中釋放內存的方法對數組中存放的引用類型特別適用，這樣就可以及時釋放內存。

二、軟引用
軟引用是用來描述一些有用但並不是必需的對象，在Java中用java.lang.ref.SoftReference類來表示。對於軟引用關聯着的對象，只有在內存不足的時候JVM才會回收該對象。因此，這一點可以很好地用來解決OOM的問題，並且這個特性很適合用來實現緩存：比如網頁緩存、圖片緩存等。

軟引用可以和一個引用隊列（ReferenceQueue）聯合使用，如果軟引用所引用的對象被JVM回收，這個軟引用就會被加入到與之關聯的引用隊列中。

import java.lang.ref.SoftReference;
 
public class SoftRef {  
 
    public static void main(String[] args){  
        System.out.println("start");            
        Obj obj = new Obj();            
        SoftReference<Obj> sr = new SoftReference<Obj>(obj);  
        obj = null;  
        System.out.println(sr.get());  
        System.out.println("end");     
    }       
}  
 
class Obj{  
    int[] obj ;  
    public Obj(){  
        obj = new int[1000];  
    }  
}

 

 

當內存足夠大時可以把數組存入軟引用，取數據時就可從內存里取數據，提高運行效率

軟引用在實際中有重要的應用，例如瀏覽器的后退按鈕，這個后退時顯示的網頁內容可以重新進行請求或者從緩存中取出：

（1）如果一個網頁在瀏覽結束時就進行內容的回收，則按后退查看前面瀏覽過的頁面時，需要重新構建

（2）如果將瀏覽過的網頁存儲到內存中會造成內存的大量浪費，甚至會造成內存溢出這時候就可以使用軟引用

 

三、弱引用
弱引用也是用來描述非必需對象的，當JVM進行垃圾回收時，無論內存是否充足，都會回收被弱引用關聯的對象。在java中，用java.lang.ref.WeakReference類來表示。

弱引用與軟引用的區別在於：只具有弱引用的對象擁有更短暫的生命周期。在垃圾回收器線程掃描它所管轄的內存區域的過程中，一旦發現了只具有弱引用的對象，不管當前內存空間足夠與否，都會回收它的內存。不過，由於垃圾回收器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。所以被軟引用關聯的對象只有在內存不足時才會被回收，而被弱引用關聯的對象在JVM進行垃圾回收時總會被回收。

import java.lang.ref.WeakReference;
 
public class WeakRef {
    public static void main(String[] args) {
        WeakReference<String> sr = new WeakReference<String>(new String("hello"));
        System.out.println(sr.get());
        System.gc();                //通知JVM的gc進行垃圾回收
        System.out.println(sr.get());
    }
}

運行結果：

 

 

在使用軟引用和弱引用的時候，我們可以顯示地通過System.gc()來通知JVM進行垃圾回收，但是要注意的是，雖然發出了通知，JVM不一定會立刻執行，也就是說這句是無法確保此時JVM一定會進行垃圾回收的。

 

弱引用還可以和一個引用隊列（ReferenceQueue）聯合使用，如果弱引用所引用的對象被垃圾回收，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。

Object o = new Object(); //只要o還指向對象就不會被回收
WeakReference<Object> wr = new WeakReference<Object>(o);

當要獲得weak reference引用的object時, 首先需要判斷它是否已經被回收，如果wr.get()方法為空, 那么說明weakCar指向的對象已經被回收了。

應用場景：如果一個對象是偶爾的使用，並且希望在使用時隨時就能獲取到，但又不想影響此對象的垃圾收集，那么應該用 Weak Reference 來記住此對象。或者想引用一個對象，但是這個對象有自己的生命周期，你不想介入這個對象的生命周期，這時候就應該用弱引用，這個引用不會在對象的垃圾回收判斷中產生任何附加的影響。

 

四、虛引用
虛引用和前面的軟引用、弱引用不同，它並不影響對象的生命周期。在java中用java.lang.ref.PhantomReference類表示。如果一個對象與虛引用關聯，則跟沒有引用與之關聯一樣，在任何時候都可能被垃圾回收器回收。虛引用主要用來跟蹤對象被垃圾回收的活動。

虛引用必須和引用隊列關聯使用，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，就會把這個虛引用加入到與之 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了虛引用，來了解被引用的對象是否將要被垃圾回收。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。

import java.lang.ref.PhantomReference;
import java.lang.ref.ReferenceQueue;
 
 
public class PhantomRef {
    public static void main(String[] args) {
        ReferenceQueue<String> queue = new ReferenceQueue<String>();
        PhantomReference<String> pr = new PhantomReference<String>(new String("hello"), queue);
        System.out.println(pr.get());
    }
}

五、總結
引用類型 被回收時間 用途 生存時間
強引用 從來不會 對象的一般狀態 JVM停止運行時
軟引用 內存不足時 對象緩存 內存不足時
弱引用 jvm垃圾回收時 對象緩存 gc運行后
虛引用 未知 未知 未知
在實際程序設計中一般很少使用弱引用與虛引用，使用軟引用的情況較多，這是因為軟引用可以加速JVM對垃圾內存的回收速度，可以維護系統的運行安全，防止內存溢出（OutOfMemory）等問題的產生

 

利用軟引用和弱引用解決OOM問題：假如有一個應用需要讀取大量的本地圖片，如果每次讀取圖片都從硬盤讀取，則會嚴重影響性能，但是如果全部加載到內存當中，又有可能造成內存溢出，此時使用軟引用可以解決這個問題。

設計思路是：用一個HashMap來保存圖片的路徑和相應圖片對象關聯的軟引用之間的映射關系，在內存不足時，JVM會自動回收這些緩存圖片對象所占用的空間，從而有效地避免了OOM的問題。