Java基础-JVM内存管理-四种引用类型
2021-03-07 本文已影响0人
HughJin
当reference类型的数据中存储的数值代表的是另一块内存的起始地址，就称其为引用。
我们希望描述一类对象：当内存空间足够时则保留，如果内存经过垃圾回收后仍然紧张就抛弃，所以在JDK1.2对引用进行了扩充，按照对象引用的强度分为4种引用。
一、四种引用介绍
Java提供了四种类型的引用：强引用、软引用、弱引用和虚引用。
Java中提供这四种引用类型主要有两个目的：
- 第一是可以让程序员通过代码的方式决定某些对象的生命周期；
- 第二是有利于JVM进行垃圾回收。
1，强引用
强引用是使用最普遍的引用。如果一个对象具有强引用，那垃圾回收器绝不会回收它。
当内存空间不足，Java虚拟机宁愿抛出OutOfMemoryError错误，使程序异常终止，也不会靠随意回收具有强引用的对象来解决内存不足的问题。
//test对象未消亡之前，object和str都是强引用
public class test {
Object object = new Object();
String str = "hello";
}
2，软引用
如果一个对象只具有软引用，则内存空间足够，垃圾回收器就不会回收它；如果内存空间不足了，就会回收这些对象的内存。
只要垃圾回收器没有回收它，该对象就可以被程序使用。软引用可用来实现内存敏感的高速缓存。
软引用可以和一个引用队列（ReferenceQueue）联合使用，如果软引用所引用的对象被垃圾回收器回收，Java虚拟机就会把这个软引用加入到与之关联的引用队列中。
import java.lang.ref.SoftReference;
public class Main {
public static void main(String[] args) {
SoftReference<String> sr = new SoftReference<String>(new String("hello"));
System.out.println(sr.get());
System.gc(); //通知JVM的gc进行垃圾回收
System.out.println(sr.get());
}
}
3，弱引用
弱引用与软引用的区别在于：只具有弱引用的对象拥有更短暂的生命周期。
在垃圾回收器线程扫描它所管辖的内存区域的过程中，一旦发现了只具有弱引用的对象，不管当前内存空间足够与否，都会回收它的内存。不过，由于垃圾回收器是一个优先级很低的线程，因此不一定会很快发现那些只具有弱引用的对象。
弱引用可以和一个引用队列（ReferenceQueue）联合使用，如果弱引用所引用的对象被垃圾回收，Java虚拟机就会把这个弱引用加入到与之关联的引用队列中。
import java.lang.ref.WeakReference;
public class Main {
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进行垃圾回收
System.out.println(sr.get());
}
}
4，虚引用
“虚引用”顾名思义，就是形同虚设，与其他几种引用都不同，虚引用并不会决定对象的生命周期。如果一个对象仅持有虚引用，那么它就和没有任何引用一样，在任何时候都可能被垃圾回收器回收。
虚引用主要用来跟踪对象被垃圾回收器回收的活动。
虚引用与软引用和弱引用的一个区别在于：虚引用必须和引用队列 （ReferenceQueue）联合使用。
当垃圾回收器准备回收一个对象时，如果发现它还有虚引用，就会在回收对象的内存之前，把这个虚引用加入到与之关联的引用队列中。
import java.lang.ref.PhantomReference;import java.lang.ref.ReferenceQueue;
public class Main {
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());
}
}
程序可以通过判断引用队列中是否已经加入了虚引用，来了解被引用的对象是否将要被垃圾回收。如果程序发现某个虚引用已经被加入到引用队列，那么就可以在所引用的对象的内存被回收之前采取必要的行动。
二，引用队列ReferenceQueue
就是一个引用队列，如果保存的是Reference对象本身，如果：Reference引用指向的对象被GC回收，其实Reference已经无效了
这种Reference将被放入引用队列，可以在这里将其清除，避免占有空间
package com.study.jvm;
import java.lang.ref.Reference;
import java.lang.ref.ReferenceQueue;
import java.lang.ref.WeakReference;
public class ReferenceQueueTest {
public static void main(String[] args) {
final ReferenceQueue q = new ReferenceQueue();
String str = new String("test");
WeakReference wr = new WeakReference(str, q);
Thread t = new Thread() {
@Override
public void run() {
try {
Reference reference = q.remove();
System.out.println(reference + " event fired.");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
};
t.setDaemon(true);
t.start();
System.out.println("Reference Queue is listening.");
str = null; // clear strong reference
System.out.println("Ready to gc");
System.gc();
try {
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("wr.get: " + wr.get());
}
}
打印结果：
Reference Queue is listening.
Ready to gc
java.lang.ref.WeakReference@651f2f3d event fired.
wr.get: null
三，WeakHashMap
实例：
package com.study.jvm;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.WeakHashMap;
public class WeekHash {
public static void main(String[] args) {
String a = new String("a");
String b = new String("b");
Map map = new HashMap();
map.put(a, "1");
map.put(b, "2");
Map weakmap = new WeakHashMap();
weakmap.put(a, "1");
weakmap.put(b, "2");
map.remove(a);
a = null;
b = null;
System.gc();
System.out.println(map.toString());
System.out.println(weakmap.toString()); // weakmap没有做什么操作，也被移除了a
}
}
打印结果：
{b=2}
{b=2}
此例子中声明了两个Map对象，一个是HashMap，一个是WeakHashMap，同时向两个map中放入a、b两个对象，当HashMap remove掉a 并且将a、b都指向null时，WeakHashMap中的a将自动被回收掉。
出现这个状况的原因是，对于a对象而言，当HashMap remove掉并且将a指向null后，除了WeakHashMap中还保存a外已经没有指向a的指针了，所以WeakHashMap会自动舍弃掉a，而对于b对象虽然指向了null，但HashMap中还有指向b的指针。
弱引用（WeakReference）的特性是：当gc线程发现某个对象只有弱引用指向它，那么就会将其销毁并回收内存。
弱引用适合于受Key的生命周期控制的缓存。例如：tomcat两级缓存；实现类似本地、堆内缓存的存储机制（缓存的失效依赖于GC收集器的行为）等。
四，软引用实现的缓存避免OOM
基于软引用实现的缓存，当内存不够使会自动释放缓存内容，以避免OOM
package com.study.jvm;
import org.slf4j.Logger;
import java.lang.ref.ReferenceQueue;
import java.lang.ref.SoftReference;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;
import static org.slf4j.LoggerFactory.getLogger;
/**
* 基于软引用实现的缓存，当内存不够使会自动释放缓存内容，以避免OOM
*/
public class SoftReferenceCache<K, V> {
/**
* 日志
*/
private static final Logger LOGGER = getLogger(SoftReferenceCache.class);
private Map<K, InnerSoftReference<V>> cache; // 缓存对象池，<K, R->V>
private ReferenceQueue<V> queue; // 引用队列，当GC执行后被回收的缓存对象的软引用将被入队，以方便从缓存池中清除失效的软引用。
private ReadWriteLock lock; // 读写锁
public SoftReferenceCache() {
cache = new HashMap<K, InnerSoftReference<V>>();
queue = new ReferenceQueue<V>();
lock = new ReentrantReadWriteLock(false);
}
/**
* 向缓存池中添加对象
* @param key
* @param value
*/
public void put(K key, V value) {
try {
lock.writeLock().lock();
clearInvalidReference();
cache.put(key, new InnerSoftReference<V>(key, value, queue));
} finally {
lock.writeLock().unlock();
}
}
/**
* 从缓存池中获取对象
* @param key
* @return
*/
public V get(K key) {
try {
lock.readLock().lock();
InnerSoftReference<V> softReference = cache.get(key);
V v = null;
if (softReference != null)
v = softReference.get();
return v;
} finally {
lock.readLock().unlock();
}
}
/**
* 从缓存池中清除失效的软引用
* 备注：失效软引用是指向null的引用
*/
private void clearInvalidReference() {
InnerSoftReference<V> softReference;
while ((softReference = (InnerSoftReference) queue.poll()) != null) {
if (softReference.get() == null)
cache.remove(softReference.getKey());
}
}
/**
* 缓存池中对象的个数
* @return
*/
public int size() {
try {
lock.readLock().lock();
int size = cache.size();
LOGGER.info(Thread.currentThread().getName() + " 缓存池中对象的个数: " + size);
return size;
} finally {
lock.readLock().unlock();
}
}
/**
* 清空缓存池，定时worker每次计算前调用此方法可清除历史记录
*/
public void clearCache() {
try {
lock.writeLock().lock();
cache = new HashMap<K, InnerSoftReference<V>>();
queue = new ReferenceQueue<V>();
LOGGER.info(Thread.currentThread().getName() + "清空缓存池！");
} finally {
lock.writeLock().unlock();
}
}
/**
* 封装了软引用，便于获取对应缓存池中的key
* @param <V>
*/
private class InnerSoftReference<V> extends SoftReference<V> {
private K key;
private InnerSoftReference(K key, V value, ReferenceQueue<V> queue) {
super(value, queue);
this.key = key;
}
public K getKey() {
return key;
}
}
}
测试类
package com.study.jvm;
import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
/**
* 测试类
*/
public class TestSoftReferenceCache {
/** 日志 */
private static final Logger LOGGER = LoggerFactory.getLogger(TestSoftReferenceCache.class);
private static int MAX_COUNT = 100000;
private static String KEY_PREFIX = "KEY_";
private static SoftReferenceCache<String, byte[]> cache = new SoftReferenceCache<String, byte[]>();
public static void main(String[] args) {
ExecutorService es = Executors.newCachedThreadPool();
es.submit(new Customer());
es.submit(new Customer());
es.submit(new Customer());
es.submit(new Customer());
es.submit(new Customer());
es.shutdown();
}
static class Customer implements Runnable {
@Override
public void run() {
while (true) {
for (int i = 0; i < MAX_COUNT; i ++) {
byte[] a = cache.get(KEY_PREFIX + i);
if (a == null) {
a = new byte[1024];
cache.put(KEY_PREFIX + i, a);
LOGGER.info(Thread.currentThread().getName() + " 向缓存池中添加对象[" + (KEY_PREFIX + i) + "]: " + a);
} else {
LOGGER.info(Thread.currentThread().getName() + " 从缓存池中获取对象[" + (KEY_PREFIX + i) + "]: " + a);
}
}
}
}
}
}
