Java中四種引用

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從JDK1.2版本開始，把對象的引用分為四種層級，從而使程式能更加靈活的控制對象的生命週期。這四種層級由高到低依次為：強引用、軟引用、弱引用和虛引用。
1．強引用
本章前文介紹的引用實際上都是強引用，這是使用最普遍的引用。如果一個對象具有強引用，那就 類似於必不可少的生活用品，記憶體回收行程絕不會回收它。當記憶體空 間不足，Java虛擬機器寧願拋出OutOfMemoryError錯誤，使程式異常終止，也不會靠隨意回收具有強引用的對象來解決記憶體不足問題。
2．軟引用（SoftReference）
如果一個對象只具有軟引用，那就類似於可有可物的生活用品。如果記憶體空間足夠，記憶體回收行程就不會回收它，如果記憶體空間不足了，就會回收這些對象的記憶體。只要記憶體回收行程沒有回收它，該對象就可以被程式使用。軟引用可用來實現記憶體敏感的快取。
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記憶體回收，Java虛擬機器就會把這個軟引用加入到與之關聯的引用隊列中。
3．弱引用（WeakReference）
如果一個對象只具有弱引用，那就類似於可有可物的生活用品。 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週期。在記憶體回收行程線程掃描它 所管轄的記憶體地區的過程中，一旦發現了只具有弱引用的對象，不管當前記憶體空間足夠與否，都會回收它的記憶體。不過，由於記憶體回收行程是一個優先順序很低的線程， 因此不一定會很快發現那些只具有弱引用的對象。
弱引用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記憶體回收，Java虛擬機器就會把這個弱引用加入到與之關聯的引用隊列中。
4．虛引用（PhantomReference）
"虛引用"顧名思義，就是形同虛設，與其他幾種引用都不同，虛引用並不會決定對象的生命週期。如果一個對象僅持有虛引用，那麼它就和沒有任何引用一樣，在任何時候都可能被記憶體回收。

虛引用主要用來跟蹤對象被記憶體回收的活動。虛引用與軟引用和弱引用的一個區別在於：虛引用必須和引用隊列（ReferenceQueue）聯合使用。當垃 圾回收器準備回收一個對象時，如果發現它還有虛引用，就會在回收對象的記憶體之前，把這個虛引用加入到與之關聯的引用隊列中。程式可以通過判斷引用隊列中是 否已經加入了虛引用，來瞭解被引用的對象是否將要被記憶體回收。程式如果發現某個虛引用已經被加入到引用隊列，那麼就可以在所引用的對象的記憶體被回收之前採取必要的行動。

在java.lang.ref包中提供了三個類：SoftReference類、WeakReference類和PhantomReference 類，它 們分別代表軟引用、弱引用和虛引用。ReferenceQueue類表示引用隊列，它可以和這三種引用類聯合使用，以便跟蹤Java虛擬機器回收所引用的對 象的活動。以下程式建立了一個String對象、ReferenceQueue對象和WeakReference對象：
//建立一個強引用
String str = new String("hello");
//建立引用隊列, <String>為範型標記，表明隊列中存放String對象的引用
ReferenceQueue<String> rq = new ReferenceQueue<String>();
//建立一個弱引用，它引用"hello"對象，並且與rq引用隊列關聯
//<String>為範型標記，表明WeakReference會弱引用String對象
WeakReference<String> wf = new WeakReference<String>(str, rq);
以上程式碼執行完畢，記憶體中引用與對象的關係11-10所示。

圖11-10 "hello"對象同時具有強引用和弱引用

在圖11-10中，帶實線的箭頭表示強引用，帶虛線的箭頭表示弱引用。可以看出，此時"hello"對象被str強引用，並且被一個WeakReference對象弱引用，因此"hello"對象不會被記憶體回收。
在以下程式碼中，把引用"hello"對象的str變數置為null，然後再通過WeakReference弱引用的get()方法獲得"hello"對象的引用：
String str = new String("hello"); //①
ReferenceQueue<String> rq = new ReferenceQueue<String>(); //②
WeakReference<String> wf = new WeakReference<String>(str, rq); //③
str=null; //④取消"hello"對象的強引用
String str1=wf.get(); //⑤假如"hello"對象沒有被回收，str1引用"hello"對象
//假如"hello"對象沒有被回收，rq.poll()返回null
Reference<? extends String> ref=rq.poll(); //⑥
執行完以上第④行後，記憶體中引用與對象的關係11-11所示，此 時"hello"對象僅僅具有弱引用，因此它有可能被記憶體回收。假如它還沒有被記憶體回收，那麼接下來在第⑤行執行wf.get()方法會返 回"hello"對象的引用，並且使得這個對象被str1強引用。再接下來在第⑥行執行rq.poll()方法會返回null，因為此時引用隊列中沒有任 何引用。ReferenceQueue的poll()方法用於返回隊列中的引用，如果沒有則返回null。

圖11-11 "hello"對象只具有弱引用

在以下程式碼中，執行完第④行後，"hello"對象僅僅具有弱引用。接下來兩次調用System.gc()方法，催促記憶體回收行程工作，從而提 高"hello"對象被回收的可能性。假如"hello"對象被回收，那麼WeakReference對象的引用被加入到ReferenceQueue 中，接下來wf.get()方法返回null，並且rq.poll()方法返回WeakReference對象的引用。圖11-12顯示了執行完第⑧行後 記憶體中引用與對象的關係。
String str = new String("hello"); //①
ReferenceQueue<String> rq = new ReferenceQueue<String>(); //②
WeakReference<String> wf = new WeakReference<String>(str, rq); //③
str=null; //④
//兩次催促記憶體回收行程工作，提高"hello"對象被回收的可能性
System.gc(); //⑤
System.gc(); //⑥
String str1=wf.get(); //⑦ 假如"hello"對象被回收，str1為null
Reference<? extends String> ref=rq.poll(); //⑧

圖11-12 "hello"對象被記憶體回收，弱引用被加入到引用隊列

下面是我的相關測試代碼：

package dhp;import java.lang.ref.PhantomReference;import java.lang.ref.ReferenceQueue;import java.lang.ref.SoftReference;import java.lang.ref.WeakReference;import java.util.Map;import java.util.WeakHashMap;public class Ref {    public Ref() {    }    /**     * @param args     */    public static void main(String[] args) {        try {              //test1();              //test2();              //test3();              //test4();              //test5();              //test6();        //test7();        test8();        } catch (InterruptedException e) {            // TODO Auto-generated catch block            e.printStackTrace();        }    }    /** 強引用，JVM的預設實現 */      public static void test1() throws InterruptedException {          Object obj = new Object();          Object strong = obj;          obj = null;          System.gc();          Thread.sleep(1000);          System.out.println("strong="+strong);        /**         * [email protected]         */    }          /**      * WeakReference 弱引用( 當所引用的對象在 JVM 內不再有強引用時, GC 後weak reference 將會被自動回收)      * */      public static void test2() throws InterruptedException {          Object obj = new Object();          WeakReference<Object> wr = new WeakReference<Object>(obj);          obj = null;          System.gc();          Thread.sleep(1000);          System.out.println("wr.get()="+wr.get());          System.out.println("wr="+wr);          wr.clear();        System.out.println("w1111r="+wr.get());          /**         * wr.get()=null           [email protected]           w1111r=null         */    }          /**      * SoftReference SoftReference 於 WeakReference 的特性基本一致， 最大的區別在於      * SoftReference 會儘可能長的保留引用直到 JVM 記憶體不足時才會被回收(虛擬機器保證)      * */      public static void test3() throws InterruptedException {          Object obj = new Object();          SoftReference<Object> sr = new SoftReference<Object>(obj);          obj = null;          System.gc();          Thread.sleep(1000);          System.out.println("sr.get()="+sr.get());          /**         * sr.get()[email protected]         */    }          /**      * PhantomReference Phantom Reference(幽靈引用) 與 WeakReference 和 SoftReference      * 有很大的不同, 因為它的 get() 方法永遠返回 null      * */      public static void test4() throws InterruptedException {          Object obj = new Object();          ReferenceQueue<Object> rq = new ReferenceQueue<Object>();          PhantomReference<Object> pr = new PhantomReference<Object>(obj, rq);          System.out.println("pr.get()="+pr.get());         /**         * pr.get()=null         */    }          /**     * ReferenceQueue：     * @throws InterruptedException     */    public static void test5() throws InterruptedException {          Object obj = new Object();          ReferenceQueue<Object> rq = new ReferenceQueue<Object>();          WeakReference<Object> pr = new WeakReference<Object>(obj, rq);          System.out.println("**pr.enqueue()="+pr.enqueue());          System.out.println("**pr.isEnqueued()="+pr.isEnqueued());              System.out.println("**pr="+pr);        System.out.println("**rq.poll()="+rq.poll());          obj = null;          System.out.println("=======================");        System.gc();          System.out.println("pr.enqueue()="+pr.enqueue());          System.out.println("**pr.isEnqueued()="+pr.isEnqueued());              System.out.println("pr="+pr);        System.out.println("rq.poll()="+rq.poll());          System.out.println("obj5="+obj);          /**         * **pr.enqueue()=true**pr.isEnqueued()=true**[email protected]**rq.poll()[email protected]=======================pr.enqueue()=false**pr.isEnqueued()=false[email protected]rq.poll()=nullobj5=null         */    }          /**      * 使用 WeakReference 作為 key， 一旦沒有指向 key 的強引用,       * WeakHashMap 在 GC 後將自動刪除相關的      * entry      */      public static void test6() throws InterruptedException {          Map<Object, Object> map = new WeakHashMap<Object, Object>();          Object key = new Object();          Object value = new Object();          map.put(key, value);                  key = null;          //        System.out.println("value="+value);  //        System.out.println("key="+key);  //        System.out.println("map.containsValue(value)="+map.containsValue(value)); //        System.out.println("map="+map);                  System.gc();          Thread.sleep(1000);                  System.out.println("value="+value);          System.out.println("key="+key);          System.out.println("map.containsValue(value)="+map.containsValue(value));         System.out.println("map="+map);      }      public static void test7() throws InterruptedException {    String str = new String("hello"); //①    ReferenceQueue<String> rq = new ReferenceQueue<String>(); //②    WeakReference<String> wf = new WeakReference<String>(str, rq); //③    str=null; //④取消"hello"對象的強引用    String str1=wf.get(); //⑤假如"hello"對象沒有被回收，str1引用"hello"對象    //假如"hello"對象沒有被回收，rq.poll()返回null    System.out.println(rq.poll()); //⑥    }    public static void test8() throws InterruptedException {    String str = new String("hello"); //①    ReferenceQueue<String> rq = new ReferenceQueue<String>(); //②    WeakReference<String> wf = new WeakReference<String>(str, rq); //③    str=null; //④取消"hello"對象的強引用    //兩次催促記憶體回收行程工作，提高"hello"對象被回收的可能性    System.gc(); //⑤    System.gc(); //⑥    System.gc();    System.gc();    System.gc();    for (int i = 0; i < 10; i++) {    System.gc();}    String str1=wf.get(); //⑦ 假如"hello"對象被回收，str1為null    System.out.println(rq.poll());     }}

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