深入理解JVM虚拟机13：再谈四种引用及GC实践
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该系列博文会告诉你如何从入门到进阶，一步步地学习JVM基础知识，并上手进行JVM调优实战，JVM是每一个Java工程师必须要学习和理解的知识点，你必须要掌握其实现原理，才能更完整地了解整个Java技术体系，形成自己的知识框架。
为了更好地总结和检验你的学习成果，本系列文章也会提供每个知识点对应的面试题以及参考答案。
如果对本系列文章有什么建议，或者是有什么疑问的话，也可以关注公众号【Java技术江湖】联系作者，欢迎你参与本系列博文的创作和修订。
一、背景
Java的内存回收不需要程序员负责，JVM会在必要时启动Java GC完成垃圾回收。Java以便我们控制对象的生存周期，提供给了我们四种引用方式，引用强度从强到弱分别为：强引用、软引用、弱引用、虚引用。
二、简介
1.强引用 StrongReference
StrongReference是Java的默认引用形式，使用时不需要显示定义。任何通过强引用所使用的对象不管系统资源有多紧张，Java GC都不会主动回收具有强引用的对象。
<pre>public class StrongReferenceTest {
public static int M = 1024*1024;
public static void printlnMemory(String tag){
Runtime runtime = Runtime.getRuntime();
int M = StrongReferenceTest.M;
System.out.println("\n"+tag+":");
System.out.println(runtime.freeMemory()/M+"M(free)/" + runtime.totalMemory()/M+"M(total)");
}
public static void main(String[] args){
StrongReferenceTest.printlnMemory("1.原可用内存和总内存");
//实例化10M的数组并与strongReference建立强引用
byte[] strongReference = new byte[10*StrongReferenceTest.M];
StrongReferenceTest.printlnMemory("2.实例化10M的数组,并建立强引用");
System.out.println("strongReference : "+strongReference);
System.gc();
StrongReferenceTest.printlnMemory("3.GC后");
System.out.println("strongReference : "+strongReference);
//strongReference = null;后,强引用断开了
strongReference = null;
StrongReferenceTest.printlnMemory("4.强引用断开后");
System.out.println("strongReference : "+strongReference);
System.gc();
StrongReferenceTest.printlnMemory("5.GC后");
System.out.println("strongReference : "+strongReference);
}
}
</pre>
运行结果：
2.弱引用 WeakReference
如果一个对象只具有弱引用，无论内存充足与否，Java GC后对象如果只有弱引用将会被自动回收。
<pre>public class WeakReferenceTest {
public static int M = 1024*1024;
public static void printlnMemory(String tag){
Runtime runtime = Runtime.getRuntime();
int M = WeakReferenceTest.M;
System.out.println("\n"+tag+":");
System.out.println(runtime.freeMemory()/M+"M(free)/" + runtime.totalMemory()/M+"M(total)");
}
public static void main(String[] args){
WeakReferenceTest.printlnMemory("1.原可用内存和总内存");
//创建弱引用
WeakReference<Object> weakRerference = new WeakReference<Object>(new byte[10*WeakReferenceTest.M]);
WeakReferenceTest.printlnMemory("2.实例化10M的数组,并建立弱引用");
System.out.println("weakRerference.get() : "+weakRerference.get());
System.gc();
StrongReferenceTest.printlnMemory("3.GC后");
System.out.println("weakRerference.get() : "+weakRerference.get());
}
}
</pre>
运行结果：
3.软引用 SoftReference
软引用和弱引用的特性基本一致， 主要的区别在于软引用在内存不足时才会被回收。如果一个对象只具有软引用，Java GC在内存充足的时候不会回收它，内存不足时才会被回收。
<pre>public class SoftReferenceTest {
public static int M = 1024*1024;
public static void printlnMemory(String tag){
Runtime runtime = Runtime.getRuntime();
int M = StrongReferenceTest.M;
System.out.println("\n"+tag+":");
System.out.println(runtime.freeMemory()/M+"M(free)/" + runtime.totalMemory()/M+"M(total)");
}
public static void main(String[] args){
SoftReferenceTest.printlnMemory("1.原可用内存和总内存");
//建立软引用
SoftReference<Object> softRerference = new SoftReference<Object>(new byte[10*SoftReferenceTest.M]);
SoftReferenceTest.printlnMemory("2.实例化10M的数组,并建立软引用");
System.out.println("softRerference.get() : "+softRerference.get());
System.gc();
SoftReferenceTest.printlnMemory("3.内存可用容量充足，GC后");
System.out.println("softRerference.get() : "+softRerference.get());
//实例化一个4M的数组,使内存不够用,并建立软引用
//free=10M=4M+10M-4M,证明内存可用量不足时，GC后byte[10*m]被回收
SoftReference<Object> softRerference2 = new SoftReference<Object>(new byte[4*SoftReferenceTest.M]);
SoftReferenceTest.printlnMemory("4.实例化一个4M的数组后");
System.out.println("softRerference.get() : "+softRerference.get());
System.out.println("softRerference2.get() : "+softRerference2.get());
}
}
</pre>
运行结果：
4.虚引用 PhantomReference
从PhantomReference类的源代码可以知道，它的get()方法无论何时返回的都只会是null。所以单独使用虚引用时，没有什么意义，需要和引用队列ReferenceQueue类联合使用。当执行Java GC时如果一个对象只有虚引用，就会把这个对象加入到与之关联的ReferenceQueue中。
<pre>public class PhantomReferenceTest {
public static int M = 1024*1024;
public static void printlnMemory(String tag){
Runtime runtime = Runtime.getRuntime();
int M = PhantomReferenceTest.M;
System.out.println("\n"+tag+":");
System.out.println(runtime.freeMemory()/M+"M(free)/" + runtime.totalMemory()/M+"M(total)");
}
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
PhantomReferenceTest.printlnMemory("1.原可用内存和总内存");
byte[] object = new byte[10*PhantomReferenceTest.M];
PhantomReferenceTest.printlnMemory("2.实例化10M的数组后");
//建立虚引用
ReferenceQueue<Object> referenceQueue = new ReferenceQueue<Object>();
PhantomReference<Object> phantomReference = new PhantomReference<Object>(object,referenceQueue);
PhantomReferenceTest.printlnMemory("3.建立虚引用后");
System.out.println("phantomReference : "+phantomReference);
System.out.println("phantomReference.get() : "+phantomReference.get());
System.out.println("referenceQueue.poll() : "+referenceQueue.poll());
//断开byte[10*PhantomReferenceTest.M]的强引用
object = null;
PhantomReferenceTest.printlnMemory("4.执行object = null;强引用断开后");
System.gc();
PhantomReferenceTest.printlnMemory("5.GC后");
System.out.println("phantomReference : "+phantomReference);
System.out.println("phantomReference.get() : "+phantomReference.get());
System.out.println("referenceQueue.poll() : "+referenceQueue.poll());
//断开虚引用
phantomReference = null;
System.gc();
PhantomReferenceTest.printlnMemory("6.断开虚引用后GC");
System.out.println("phantomReference : "+phantomReference);
System.out.println("referenceQueue.poll() : "+referenceQueue.poll());
}
}
</pre>
运行结果：
三、小结
强引用是 Java 的默认引用形式，使用时不需要显示定义，是我们平时最常使用到的引用方式。不管系统资源有多紧张，Java GC都不会主动回收具有强引用的对象。 弱引用和软引用一般在引用对象为非必需对象的时候使用。它们的区别是被弱引用关联的对象在垃圾回收时总是会被回收，被软引用关联的对象只有在内存不足时才会被回收。 虚引用的get()方法获取的永远是null，无法获取对象实例。Java GC会把虚引用的对象放到引用队列里面。可用来在对象被回收时做额外的一些资源清理或事物回滚等处理。 由于无法从虚引获取到引用对象的实例。它的使用情况比较特别，所以这里不把虚引用放入表格进行对比。这里对强引用、弱引用、软引用进行对比：
参考文章
https://segmentfault.com/a/1190000009707894
https://www.cnblogs.com/hysum/p/7100874.html
