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面试加分项:Java引用还有分类?强引用、弱引用、软引用、虚引用

面试加分项:Java引用还有分类?强引用、弱引用、软引用、虚引用

众所周知, Java 中是JVM负责内存的分配和回收,这是它的优点(使用方便,程序不用再像使用c那样操心内存),但同时也是它的缺点(不够灵活)。为了解决内存操作不灵活这个问题,Java采用了软引用等方法。

在JDK1.2以前的版本中,当一个对象不被任何变量引用,那么程序就无法再使用这个对象。也就是说,只有对象处于可触及状态,程序才能使用它。这就像在日常生活中,从商店购买了某样物品后,如果有用,就一直保留它,否则就把它扔到垃圾箱,由清洁工人收走。一般说来,如果物品已经被扔到垃圾箱,想再把它捡回来使用就不可能了。

但有时候情况并不这么简单,你可能会遇到类似鸡肋一样的物品,食之无味,弃之可惜。这种物品现在已经无用了,保留它会占空间,但是立刻扔掉它也不划算,因 为也许将来还会派用场。对于这样的可有可无的物品,一种折衷的处理办法是:如果家里空间足够,就先把它保留在家里,如果家里空间不够,即使把家里所有的垃 圾清除,还是无法容纳,那么就扔掉这些可有可无的物品。

从JDK1.2版本开始,把对象的引用分为四种级别,从而使程序能更加灵活的控制对象的生命周期。这 四种级别由高到低依次为:强引用、软引用、弱引用和虚引用

1、强引用

我们使用的大部分引用实际上都是强引用, 这是使用最普遍的引用 。如果一个对象具有强引用,那就类似于必不可少的生活用品,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问题 。看下面代码,s和list都是强引用,即使内存不足也不会释放其空间。

 String s = "hello world";
List<String> list = new ArrayList<String>();
list.add(s);  

下图是ArrayList的clear方法源码,在ArrayList类中定义了一个私有的变量elementData数组,在调用方法清空数组时可以看到为每个数组对象引用赋值为null,让GC去回收被引用的对象占用的内存。而elementData是不为空的,强引用仍然存在,避免在后续调用 add()等方法添加元素时进行重新的内存分配。 clear()方法中释放内存的方法对数组中存放的引用类型特别适用,这样就可以及时释放内存。

2、软引用(SoftReference)

如果一个对象只具有软引用,那就类似于可有可物的生活用品。 如果内存空间足够,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

 // 强引用
String strongReference = new String("hello world");
// 软引用
String str = new String("hello world");
SoftReference<String> softReference = new SoftReference<String>(str);  

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,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

 ReferenceQueue<String> referenceQueue = new ReferenceQueue<>();
String str = new String("hello world");
SoftReference<String> softReference = new SoftReference<>(str, referenceQueue);
//引用置为空
str = null;
//通知GC去进行垃圾回收
System.gc();
System.out.println(softReference.get()); //输出:hello world
Reference<? extends String> reference = referenceQueue. poll ();
System.out.println(reference);//输出:null  

说明下ReferenceQueue的poll方法:

面试加分项:Java引用还有分类?强引用、弱引用、软引用、虚引用

软引用对象是在jvm内存不够的时候才会被回收,我们调用System.gc()方法只是起通知作用,JVM什么时候扫描回收对象是JVM自己的状态决定的。就算扫描到软引用对象也不一定会回收它,只有内存不够的时候才会回收。

当内存不足时,JVM首先将软引用中的对象引用置为null,然后通知垃圾回收器进行回收:

 if(JVM内存不足) {
    // 将软引用中的对象引用置为null
    str = null;
    // 通知垃圾回收器进行回收
    System.gc();
}  

也就是说, 垃圾收集线程会在虚拟机抛出OutOfMemoryError之前回收软引用对象,而且虚拟机会尽可能优先回收长时间闲置不用的软引用对象。对那些刚构建的或刚使用过的“较新的”软对象会被虚拟机尽可能保留,这就是引入引用队列ReferenceQueue的原因

举个应用场景:浏览器的后退按钮。按后退时,这个后退时显示的网页内容是重新进行请求还是从缓存中取出呢?这就要看具体的实现策略了。

如果一个网页在浏览结束时就进行内容的回收,则按后退查看前面浏览过的页面时,需要重新构建;如果将浏览过的网页存储到内存中会造成内存的大量浪费,甚至会造成内存溢出。这时候就可以使用软引用,很好的解决了实际的问题:

伪代码如下:

 // 获取浏览器对象进行浏览
 browser  browser = new Browser();
// 从后台程序加载浏览页面
BrowserPage page = browser.getPage();
// 将浏览完毕的页面置为软引用
SoftReference softReference = new SoftReference(page);

// 回退或者再次浏览此页面时
if(softReference.get() != null) {
    // 内存充足,还没有被回收器回收,直接获取缓存
    page = softReference.get();
} else {
    // 内存不足,软引用的对象已经回收
    page = browser.getPage();
    // 重新构建软引用
    softReference = new SoftReference(page);
}  

3、弱引用(WeakReference)

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。

 String str = new String("hello world");
WeakReference<String> weakReference = new WeakReference<>(str);
str = null;  

JVM首先将软引用中的对象引用置为null,然后通知垃圾回收器进行回收:

 str = null;
System.gc();  

下面的代码会让一个弱引用再次变为一个强引用:

 String str = new String("hello world");
WeakReference<String> weakReference = new WeakReference<>(str);
// 弱引用转强引用
String strongReference = weakReference.get();  

同样,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。

做个测试:

 package com.testref;

public class GCTarget {
    // 对象的ID
    public String id;

    // 占用内存空间
    byte[] buffer = new byte[1024];

    public GCTarget(String id) {
        this.id = id;
    }

    @Override
    protected void finalize() throws Throwable {
     // 执行垃圾回收时打印显示对象ID
        System.out.println("Finalizing GCTarget, id is : " + id);
    }
}  
 package com.testref;

import java. lang .ref.ReferenceQueue;
import java.lang.ref.WeakReference;

public class GCTargetWeakReference extends WeakReference<GCTarget> {
    // 弱引用的ID
    public String id;

    public GCTargetWeakReference(GCTarget gcTarget, ReferenceQueue<? super GCTarget> queue) {
        super(gcTarget, queue);
        this.id = gcTarget.id;
    }

    @Override
    protected void finalize() throws Throwable {
    System.out.println("Finalizing GCTargetWeakReference " + id);
    }
}  
 package  com .testref;

import java.lang.ref.Reference;
import java.lang.ref.ReferenceQueue;
import java.util.LinkedList;

public class WeakReferenceTest {
    // 弱引用队列
    private final static ReferenceQueue<GCTarget> REFERENCE_QUEUE = new ReferenceQueue<>();

    public static void main(String[] args) {
        LinkedList<GCTargetWeakReference> gcTargetList = new LinkedList<>();

        // 创建弱引用的对象,依次加入链表中
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            GCTarget gcTarget = new GCTarget(String.valueOf(i));
            GCTargetWeakReference weakReference = new GCTargetWeakReference(gcTarget, REFERENCE_QUEUE);
            gcTargetList.add(weakReference);

            System.out.println("Just created GCTargetWeakReference obj: " + gcTargetList.getLast());
        }

        // 通知GC进行垃圾回收
        System.gc();

        try {
            // 休息一会儿,等待上面的垃圾回收线程运行完成
            Thread.sleep(6000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        // 检查关联的引用队列是否为空
        Reference<? extends GCTarget> reference;
        while((reference = REFERENCE_QUEUE.poll()) != null) {
            if(reference instanceof GCTargetWeakReference) {
                System.out.println("In queue, id is: " + ((GCTargetWeakReference) (reference)).id);
            }
        }
    }
}  

运行WeakReferenceTest.java,运行结果如下:

 Just created GCTargetWeakReference obj: com.testref.GCTargetWeakReference@6b87d20c
Just created GCTargetWeakReference obj: com.testref.GCTargetWeakReference@21ef48fb
Just created GCTargetWeakReference obj: com.testref.GCTargetWeakReference@64a06824
Just created GCTargetWeakReference obj: com.testref.GCTargetWeakReference@5f154718
Just created GCTargetWeakReference obj: com.testref.GCTargetWeakReference@6deea96c
Finalizing GCTarget, id is : 1
Finalizing GCTarget, id is : 4
Finalizing GCTarget, id is : 0
Finalizing GCTarget, id is : 3
Finalizing GCTarget, id is : 2
In queue, id is: 1
In queue, id is: 3
In queue, id is: 0
In queue, id is: 2
In queue, id is: 4  

可见WeakReference对象的生命周期基本由垃圾回收器决定,一旦垃圾回收线程发现了弱引用对象,就会对其进行回收。

4、虚引用(PhantomReference)

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。

 String str = new String("hello world");
ReferenceQueue queue = new ReferenceQueue();
// 创建虚引用,要求必须与一个引用队列关联
PhantomReference pr = new PhantomReference(str, queue);  

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进行垃圾回收。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。

总结一下:

当垃圾回收器回收时, 垃圾回收器会从根对象Object来标记存活的对象,然后将某些不可达的对象和一些引用的对象进行回收。

通过表格来说明一下:

本篇内容在日常编程中用到的比较少,但是你如果要对系统进行调优,多了解一下GC相关的知识是很有必要的。另外在面试中你也会占优势哦,没准大厂就向你招手了~

欢迎小伙伴们留言交流~~

文章来源:智云一二三科技

文章标题:面试加分项:Java引用还有分类?强引用、弱引用、软引用、虚引用

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