主要內(nèi)容：

1. 介紹
2. 垃圾回收器
3. 問題
4. 強(qiáng)引用
5. 軟引用
6. 弱引用
7. 虛引用
8. 總結(jié)

介紹

在java中有以下四種引用：

• 強(qiáng)應(yīng)用（Strong References）
• 軟引用（Soft References）
• 弱引用（Weak References）
• 虛引用（Phantom References）

這些引用的區(qū)別主要在于垃圾回收器管理上。如果你從來沒有聽過這些引用，說明你僅僅使用過強(qiáng)引用。知道這些引用的區(qū)別，對你開發(fā)有幫助。尤其是當(dāng)你需要存儲臨時對象，并且不想使用一些緩存庫如：EHcache、Guava。

由于這些引用類型與JVM垃圾回收器關(guān)聯(lián)緊密，下面將簡單回顧下垃圾回收器知識。

垃圾回收器

Java和C++的主要區(qū)別在于內(nèi)存管理。在Java中，開發(fā)者不需要知道內(nèi)存是如何工作的（但是應(yīng)該要知道?。驗镴VM使用垃圾回收器對內(nèi)存進(jìn)行管理。

當(dāng)你創(chuàng)建一個對象時，對象被JVM分配到堆中。堆在內(nèi)存中是有大小限制的。因此，JVM需要經(jīng)常刪除對象來達(dá)到釋放內(nèi)存空間的目的。為了銷毀一個對象，JVM需要知道這個對象是否活躍。一個對象是否在使用，是通過GC root（garbage collection root）是否可達(dá)判斷的。例如：

如果一個對象C被對象B引用，對象B被對象A引用，對象A被一個GC root引用，因此C，B和A被認(rèn)為是活躍，被使用，可達(dá)的（如圖Case 1）。但是，如果B不再被B引用，這樣C和B就不再是活躍的，因此可以被回收（如圖Case 2）。

由于這篇文章不是主要介紹垃圾回收器的，所以不會深入介紹。主要有四種類型的GC roots:

• 局部變量（Local variables）
• 活躍線程（Active Java threads）
• 靜態(tài)變量（Static variables）
• JNI引用（JNI References）：Java對象包含本地代碼，并且內(nèi)存不被JVM管理。

Oracle公司沒有指定JVM實現(xiàn)中如何管理內(nèi)存的規(guī)范，因此有多種實現(xiàn)。但是主要思想都是一樣的，如下：

• JVM使用一種recurent算法來找到不活躍對象并標(biāo)記
• 被標(biāo)記的對象被確定（finalized），通過調(diào)用finalize()方法，然后被回收。
• JVM有時會移動存活對象，主要為了留出一段連續(xù)的大內(nèi)存區(qū)域，減少內(nèi)存碎片。

問題

既然JVM負(fù)責(zé)管理內(nèi)存，為什么你還需要關(guān)心？因為你還需要擔(dān)心內(nèi)存泄露問題！

大部分情況下，你正在使用GC roots，而沒有察覺。例如：在你的程序中，需要存儲對象，因為初始化比較費資源。你可能會使用靜態(tài)集合類（List、Map等）去存儲，并且在程序的其他地方獲取這些對象。

但是，通過這種做法，會阻止垃圾回收器回收對象。如果使用不當(dāng)，則會導(dǎo)致OutOfMemoryError。例如：

輸出如下：

Java提供了不同的引用類型來避免OutOfMemoryError。

即使在程序仍然需要使用的時候，一些類型允許JVM釋放對象。這類問題都是開發(fā)者的職責(zé)。

強(qiáng)應(yīng)用

強(qiáng)引用是標(biāo)準(zhǔn)的引用。當(dāng)你像下面這樣新建一個對象時：

你正在使用一個強(qiáng)引用"obj"指向MyClass的實例。當(dāng)垃圾回收器查找不活躍對象時，僅僅會判斷這些對象是否強(qiáng)可達(dá)（strongly reachable，即被GC root強(qiáng)引用連接）。

強(qiáng)引用可以強(qiáng)制JVM保留對象在堆中，直到對象不被使用為止。

軟引用

根據(jù)java API中軟引用描述：

上面描述指的是，軟引用的行為是可變的，不同的JVM（Oracle’s Hotspot, Oracle’s JRockit, IBM’s J9, …）中，你的程序可能執(zhí)行結(jié)果不同。

下面以O(shè)racle的JVM Hotspot（大多數(shù)使用的標(biāo)準(zhǔn)JVM）為例來看看是怎么管理軟引用的。下面是Oracle的文檔描述：

下面是具體的例子：假設(shè)堆的大小512Mb，空閑400Mb。

我們創(chuàng)建對象A，被對象cache軟引用和被B強(qiáng)應(yīng)用。因為A被B強(qiáng)引用，因此是強(qiáng)可達(dá)，不會被垃圾回收器回收（上圖Case 1描述）

假設(shè)現(xiàn)在B被刪除，因此A僅僅被對象cache軟引用。如果A沒有被強(qiáng)引用，則下一個400s，A將在超時后被刪除回收掉（上圖Case 2描述）。

下面是一個軟引用的例子：

但是即使軟引用的對象被垃圾回收器自動回收，軟引用（soft references ，也是一種對象）卻不會被刪除！因此，你仍然需要清理掉它們。例如在一個只有64Mb大小的堆中，下面的代碼會在使用軟引用的時候，拋出OutOfMemoryException異常。

輸出如下：

Oracle提供了ReferenceQueue來存放軟應(yīng)用。使用這個隊列，可以清理掉軟應(yīng)用，因此避免OutOfMemoryError問題。

使用軟引用隊列，同樣的代碼，在同樣的64Mb堆大小下，可以存儲更多的數(shù)據(jù)（5 million vs 1 million），如下測試：

輸出如下：

當(dāng)你想存儲更多數(shù)據(jù)，并在JVM刪除對象的時候，可以重新實例化的情況下，使用軟應(yīng)用效果更佳。

弱引用

弱引用是一個比軟引用更不穩(wěn)定的類型。下面是Java API介紹：

上面的描述是指當(dāng)垃圾回收器檢查所有對象時，如果檢查到一個對象只有弱引用可達(dá)GC root（沒有強(qiáng)引用或軟引用可達(dá)），這個對象則會被標(biāo)記為回收，并別盡快刪除。弱引用的用法和軟引用類似。因此，參考軟引用時舉的例子。

Oracle提供了一個基于軟引用的非常有趣的例子即：WeakHashMap。這個Map的特點是key是軟引用。WeakHashMap可以當(dāng)做標(biāo)準(zhǔn)的Map使用，和Map的區(qū)別在于當(dāng)key被銷毀的時候，會自動清理（ automatically clear itself），如下面例子：

例如，我使用過WeakHashMap來解決下面的問題：存儲事務(wù)的多種信息。我使用這種結(jié)構(gòu)：WeakHashMap<String,Map<K,V>> ，其中key的String包含了事務(wù)的id，Map<K,V>包含了事務(wù)生命周期中的信息。使用這種結(jié)構(gòu)，我能通過事務(wù)id獲取到信息，當(dāng)事務(wù)銷毀的時候，key中會被銷毀，也不用清理對應(yīng)的Map<K,V>信息。

Oracle建議使用WeakHashMap作為規(guī)范的（canonicalized）Map。

虛引用

在垃圾回收過程中，沒有被GC root強(qiáng)/軟引用的對象會被刪除回收。在被刪除之前，方法finalize()會被調(diào)用。當(dāng)一個對象被finalized的時候，但是還未被刪除，此時變?yōu)椤皃hantom reachable”，即在GC root和對象之間只有虛引用。

和軟引用、弱引用不同的是，使用虛引用可以防止對象被刪除。開發(fā)者需要移除虛引用，對象才能被銷毀。為了清理虛引用，當(dāng)一個對象處于finalized的時候，需要使用ReferenceQueue來保存虛引用。

虛引用不能獲取引用的對象。通過get()方法，返回的始終都是null，因此開發(fā)者不能使虛引用對象重新回到強(qiáng)/軟/弱引用。這是合理的，當(dāng)對象不需要再工作時，比如覆蓋finalize() 方法實現(xiàn)清理資源。

因為引用對象不可達(dá)，我沒有看到虛引用的用處。一個例子是，如果你需要在一個對象處于finalized時，需要指定finalize() 行為。

總結(jié)

我希望你現(xiàn)在對引用有一個很好的認(rèn)識。大部分情況下，你不用知道具體使用這些引用（你也不應(yīng)該）。但是，很多框架都使用了這些引用。如果你知道一個事物是如果工作的，你就能更好理解這些概念。

如果你更喜歡看視頻介紹，可以通過YouTube：。

個人總結(jié)：

是否回收：強(qiáng)引用不會回收；軟應(yīng)用在不同的JVM中實現(xiàn)不同，如果在Oracle的HotSpot中，則會定時過期清理，也會導(dǎo)致OOM問題；弱引用，在GC的時候會回收，當(dāng)key設(shè)置null，則對象會自動回收，不會導(dǎo)致OOM；虛引用，會回收，被調(diào)用之前會調(diào)用finalize()方法。

使用場景：強(qiáng)應(yīng)用經(jīng)常使用；軟引用在堆大小有限，可以存更多對象場景，使用時，需要判斷對象是否存在，不存在則重新實例化，適合非必須大對象的緩存；若引用，WeakHashMap就使用了；虛引用，在NIO的堆外內(nèi)存管理中使用到（下一篇文章進(jìn)行分析）。