4種Java引用淺解

最近研究Java Cache實現，發現使用到了軟引用(SoftReference)，不太理解，查閱了JDK文檔、代碼以及幾篇文章。做個小結，如有錯誤，歡迎指正。

之所以想學習一下Java的幾種參考型別，原因有兩個:

• 理解Java Cache實現、學習Java引用與Java記憶體回收機制的關係
  記憶體資源是有限的，需要合理的利用。Cache不是僅僅HashMap那麼簡單，Java引用與Java記憶體回收機制也有非常緊密的關係。
• 避免對Java引用的錯誤使用
  某個同事把5000+交易資料放到一個HashMap裡面，用一個Spring Singleton Bean的全域屬性指向該HashMap。大量運用這種技術，很快就報out of memory。再大的記憶體也架不住對記憶體的錯誤使用。理解原理有助於我們盡量少犯或不犯低級錯誤。

Java引用與Java記憶體回收機制的關係

當Java虛擬機器(JVM)覺得記憶體不夠用的時候，會觸發記憶體回收操作(GC)，清除無用的對象，釋放記憶體。可是如何判斷一個對象是否是垃圾呢？其中的一個方法是計算指向該對象的引用數量，如果引用數量為0，那麼該對象就為垃圾(Thread對象是例外)，否則還有用處，不能被回收。但是如果把引用數為0的對象都回收了，還是不能滿足記憶體需求怎麼辦？Java把引用分為4種類型，記憶體回收行程會嘗試回收只有弱引用的對象。

按照一個對象的引用可達(Reachable)強度，由強到弱分為5類，如下:

• 強可達(Strong Reachable)
  在一個線程內，無需引用直接可達，新建立的對象是強可達的。
• 軟可達(Soft Reachable)
  不是強可達的，但是通過一個軟引用(SoftReference)可達。
• 弱可達(Soft Reachable)
  既不是強可達也不是軟可達，但是通過一個弱引用(WeakReference)可達。
• 虛可達(Phantom Reachable)
  既不是強可達，不是軟可達，也不是弱可達，但是通過一個虛引用(PhantomReference)可達。
• 不可達(Unreachable)
  沒有任何引用指向對象。

比較好、容易理解的是Java記憶體回收行程會優先清理可達強度低的對象。另外有兩個重要的點:

• 強可達的一定不會被清理
• JVM保證拋出out of memory之前，清理所有的軟引用對象

4種Java引用

在實現一個緩衝系統的時候，如果全部使用強引用，那麼你需要自己去手動的把某些引用clear掉(引用置位null)，否則遲早會拋出out of memory錯誤。緩衝系統引入弱引用或者軟引用的唯一原因是，把引用clear的事情交由Java記憶體回收行程來處理，cache程式自己置身事外。

幾種弱引用的使用方式非常相近。下面分別介紹4種參考型別。

強引用(StrongReference)

我們平時申明變數使用的就是強引用，普通系統99%以上都是強引用。比如，String s = "Hello World"

弱引用(WeakReference)

記憶體回收行程某個時刻決定回收軟可達的對象的時候，會清理軟引用，並可選的把引用存放到一個引用隊列(ReferenceQueue)。

軟引用(SoftReference)

類似弱引用，只不過Java虛擬機器會盡量讓軟引用的存活時間長一些，迫不得已才清理。

虛引用(PhantomReference)

僅用來處理資源的清理問題，比Object裡面的finalize機制更靈活。get方法返回的永遠是null，Java虛擬機器不負責清理虛引用，但是它會把虛引用放到引用隊列裡面。

兩個測試例子

使用HashMap，會報out of memory錯誤。

public static void main(String[] args) {Map<String, String> list = new HashMap<String, String>();long i = 1;while (i < 100000000L) {list.put(String.valueOf(i),"JDJJDJJJJJJJJJJ%%%%%%%%JJJJJJJJJJJJJJJKKKKKKKKKKKKKKKKKJJJJJJ"+ "JJJKKKKKHDDDJDJDJDJDJDJDJDJJDJDJDJDJDJDJJDJDJDJDJJDJDJJJJJJJJJ"+ "JJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJ"+ "JJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJ");// 測試第一個是否依然存活if (i % 100000 == 0) {System.out.println(list.get(String.valueOf(1)));}i++;}}

使用WeakHashMap，不會報out of memory錯誤。

public static void main(String[] args) {Map<String, String> list = new WeakHashMap<String, String>();long i = 1;while (i < 100000000L) {list.put(String.valueOf(i),"JDJJDJJJJJJJJJJ%%%%%%%%JJJJJJJJJJJJJJJKKKKKKKKKKKKKKKKKJJJJJJ"+ "JJJKKKKKHDDDJDJDJDJDJDJDJDJJDJDJDJDJDJDJJDJDJDJDJJDJDJJJJJJJJJ"+ "JJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJ"+ "JJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJ");// 測試第一個是否依然存活if (i % 100000 == 0) {System.out.println(list.get(String.valueOf(1)));}i++;}}

小結

Java語言裡面數組(Array)、列表(List)、Map等容器，對裡面的每一個對象都有一個引用，大資料的情況下要小心記憶體泄露。弱引用只適合cache等特殊情境，對於那些一定不能Java讓記憶體回收行程回收的對象，要使用強引用。

參考串連

• 理解弱引用
• JDK java.lang.ref包文檔，以及類說明