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一次性把Java的四种引用说清楚！

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Java 职场生活

前几天在CodeReview的时候，看到了一个用WeakHashMap的代码，进而聊到了WeakReference，再聊到Java四种引用类型。

回想了一下，上次学习Java的强软弱虚四种引用类型，还是在准备面试的时候。平时用得不多，一下子竟然想不清楚它们的区别，只记得它们的强度依次递减。

下来又看了一下这方面的文章，今天好好把它们理清楚。

四种引用的区别

其实四种引用的区别在于GC的时候，对它们的处理不同。用一句话来概括，就是：如果一个对象GC Root可达，强引用不会被回收，软引用在内存不足时会被回收，弱引用在这个对象第一次GC会被回收。

如果GC Root不可达，那不论什么引用，都会被回收

虚引用比较特殊，等于没有引用，不会影响对象的生命周期，但可以在对象被收集器回收时收到一个系统通知。

下面结合案例分别来讲一下四种引用在面对GC时的表现以及它们的常见用途。先设置一下JVM的参数：

-Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -verbose:gc -XX:+PrintGCDetails

强引用

这就是我们平时最常使用的引用。只要GC的时候这个对象GC Root可达，它就不会被回收。如果JVM内存不够了，直接抛出OOM。比如下面这段代码就会抛出OutOfMemoryError：

public static void main(String[] args) {
    List<Object> list = new LinkedList<>();
    for (int i = 0; i < 21; i++) {
        list.add(new byte[1024 * 1024]);
    }
}

软引用

软引用，当GC的时候，如果GC Root可达，如果内存足够，就不会被回收；如果内存不够用，会被回收。将上面的例子改成软引用，就不会被OOM：

public static void main(String[] args) {
    List<Object> list = new LinkedList<>();
    for (int i = 0; i < 21; i++) {
        SoftReference<byte[]> softReference = new SoftReference<>(new byte[1024 * 1024]);
        list.add(softReference);
    }
}

我们把程序改造一下，打印出GC后的前后的差别：

public static void main(String[] args) {
    List<SoftReference<byte[]>> list = new LinkedList<>();
    for (int i = 0; i < 21; i++) {
        SoftReference<byte[]> softReference = new SoftReference<>(new byte[1024 * 1024]);
        list.add(softReference);
        System.out.println("gc前:" + softReference.get());
    }
    System.gc();
    for (SoftReference<byte[]> softReference : list) {
        System.out.println("gc后:" + softReference.get());
    }
}

会发现，打印出的日志，GC前都是有值的，而GC后，会有一些是null，代表它们已经被回收。

而我们设置的堆最大为20M，如果把循环次数改成15，就会发现打印出的日志，GC后没有为null的。但通过-verbose:gc -XX:+PrintGCDetails参数能发现，JVM还是进行了几次GC的，只是由于内存还够用，所以没有回收。

public static void main(String[] args) {
    List<SoftReference<byte[]>> list = new LinkedList<>();
    for (int i = 0; i < 15; i++) {
        SoftReference<byte[]> softReference = new SoftReference<>(new byte[1024 * 1024]);
        list.add(softReference);
        System.out.println("gc前:" + softReference.get());
    }
    System.gc();
    for (SoftReference<byte[]> softReference : list) {
        System.out.println("gc后:" + softReference.get());
    }
}

所以软引用的常见用途就呼之欲出了：缓存。尤其是那种希望这个缓存能够持续时间长一点的。

弱引用

软引用，只要这个对象发生GC，就会被回收。

把上面的代码改成软引用，会发现打印出的日志，GC后全部为null。

public static void main(String[] args) {
    List<WeakReference<byte[]>> list = new LinkedList<>();
    for (int i = 0; i < 15; i++) {
        WeakReference<byte[]> weakReference = new WeakReference<>(new byte[1024 * 1024]);
        list.add(weakReference);
        System.out.println("gc前:" + weakReference.get());
    }
    System.gc();
    for (WeakReference<byte[]> weakReference : list) {
        System.out.println("gc后:" + weakReference.get());
    }
}

所以弱引用也适合用来做缓存，不过由于它是只要发生GC就会被回收，所以存活的时间比软引用短得多，通常用于做一些非常临时的缓存。

我们知道，WeakHashMap内部是通过弱引用来管理entry的。它的键是“弱键”，所以在GC时，它对应的键值对也会从Map中删除。

Tomcat中有一个ConcurrentCache，用到了WeakHashMap，结合ConcurrentHashMap，实现了一个线程安全的缓存，感兴趣的同学可以研究一下源码，代码非常精简，加上所有注释，只有短短59行。

ThreadLocal中的静态内部类ThreadLocalMap里面的entry是一个WeakReference的继承类。

使用弱引用，使得ThreadLocalMap知道ThreadLocal对象是否已经失效，一旦该对象失效，也就是成为垃圾，那么它所操控的Map里的数据也就没有用处了，因为外界再也无法访问，进而决定擦除Map中相关的值对象，Entry对象的引用，来保证Map总是保持尽可能的小。

虚引用

虚引用的设计和上面三种引用有些不同，它并不影响GC，而是为了在对象被GC时，能够收到一个系统通知。

那它是怎么被通知的呢？虚引用必须要配合ReferenceQueue，当GC准备回收一个对象，如果发现它还有虚引用，就会在回收之前，把这个虚引用加入到与之关联的ReferenceQueue中。

那NIO是如何利用虚引用来管理内存的呢？

DirectBuffer直接从Java堆之外申请一块内存, 这块内存是不直接受JVM GC管理的, 也就是说在GC算法中并不会直接操作这块内存. 这块内存的GC是由于DirectBuffer在Java堆中的对象被GC后, 通过一个通知机制, 而将其清理掉的.

DirectBuffer内部有一个Cleaner。这个Cleaner是PhantomReference的子类。当DirectBuffer对象被回收之后, 就会通知到PhantomReference。然后由ReferenceHandler调用tryHandlePending()方法进行pending处理. 如果pending不为空, 说明DirectBuffer被回收了, 就可以调用Cleaner的clean()进行回收了。

上面这个方法的代码在Reference类里面，有兴趣的同学可以去看一下那个方法的源码。