全面解析Java中的GC与幽灵引用
作者：
一般的应用程序不会涉及到 Reference 编程， 但是了解这些知识会对理解 GC 的工作原理以及性能调优有一定帮助，在实现一些基础性设施比如缓存时也可能会用到，希望本文能有所帮助
Java 中一共有 4 种类型的引用 : StrongReference、 SoftReference、 WeakReference 以及 PhantomReference (传说中的幽灵引用 呵呵),
这 4 种类型的引用与 GC 有着密切的关系, 让我们逐一来看它们的定义和使用场景 :
1、 Strong Reference
StrongReference 是 Java 的默认引用实现, 它会尽可能长时间的存活于 JVM 内， 当没有任何对象指向它时 GC 执行后将会被回收
Java代码
复制代码 代码如下:
@Test
public void strongReference() {
Object referent = new Object();
/**
* 通过赋值创建 StrongReference
*/
Object strongReference = referent;
assertSame(referent, strongReference);
referent = null;
System.gc();
/**
* StrongReference 在 GC 后不会被回收
*/
assertNotNull(strongReference);
}
2、 WeakReference & WeakHashMap
WeakReference， 顾名思义, 是一个弱引用, 当所引用的对象在 JVM 内不再有强引用时, GC 后 weak reference 将会被自动回收
复制代码 代码如下:
@Test
public void weakReference() {
Object referent = new Object();
WeakReference<Object> weakRerference = new WeakReference<Object>(referent);
assertSame(referent, weakRerference.get());
referent = null;
System.gc();
/**
* 一旦没有指向 referent 的强引用, weak reference 在 GC 后会被自动回收
*/
assertNull(weakRerference.get());
}
WeakHashMap 使用 WeakReference 作为 key， 一旦没有指向 key 的强引用, WeakHashMap 在 GC 后将自动删除相关的 entry
复制代码 代码如下:
@Test
public void weakHashMap() throws InterruptedException {
Map<Object, Object> weakHashMap = new WeakHashMap<Object, Object>();
Object key = new Object();
Object value = new Object();
weakHashMap.put(key, value);
assertTrue(weakHashMap.containsValue(value));
key = null;
System.gc();
/**
* 等待无效 entries 进入 ReferenceQueue 以便下一次调用 getTable 时被清理
*/
Thread.sleep(1000);
/**
* 一旦没有指向 key 的强引用, WeakHashMap 在 GC 后将自动删除相关的 entry
*/
assertFalse(weakHashMap.containsValue(value));
}
3、SoftReference
SoftReference 于 WeakReference 的特性基本一致， 最大的区别在于 SoftReference 会尽可能长的保留引用直到 JVM 内存不足时才会被回收(虚拟机保证), 这一特性使得 SoftReference 非常适合缓存应用
复制代码 代码如下:
@Test
public void softReference() {
Object referent = new Object();
SoftReference<Object> softRerference = new SoftReference<Object>(referent);
assertNotNull(softRerference.get());
referent = null;
System.gc();
/**
* soft references 只有在 jvm OutOfMemory 之前才会被回收, 所以它非常适合缓存应用
*/
assertNotNull(softRerference.get());
}
4、 PhantomReference
作为本文主角， Phantom Reference(幽灵引用) 与 WeakReference 和 SoftReference 有很大的不同, 因为它的 get() 方法永远返回 null, 这也正是它名字的由来
Java代码
复制代码 代码如下:
@Test
public void phantomReferenceAlwaysNull() {
Object referent = new Object();
PhantomReference<Object> phantomReference = new PhantomReference<Object>(referent, new ReferenceQueue<Object>());
/**
* phantom reference 的 get 方法永远返回 null
*/
assertNull(phantomReference.get());
}
诸位可能要问, 一个永远返回 null 的 reference 要来何用, 请注意构造 PhantomReference 时的第二个参数 ReferenceQueue(事实上 WeakReference & SoftReference 也可以有这个参数)，
PhantomReference 唯一的用处就是跟踪 referent 何时被 enqueue 到 ReferenceQueue 中.
5、 RererenceQueue
当一个 WeakReference 开始返回 null 时， 它所指向的对象已经准备被回收， 这时可以做一些合适的清理工作. 将一个 ReferenceQueue 传给一个 Reference 的构造函数， 当对象被回收时， 虚拟机会自动将这个对象插入到 ReferenceQueue 中， WeakHashMap 就是利用 ReferenceQueue 来清除 key 已经没有强引用的 entries.
Java代码
复制代码 代码如下:
@Test
public void referenceQueue() throws InterruptedException {
Object referent = new Object();
ReferenceQueue<Object> referenceQueue = new ReferenceQueue<Object>();
WeakReference<Object> weakReference = new WeakReference<Object>(referent, referenceQueue);
assertFalse(weakReference.isEnqueued());
Reference<? extends Object> polled = referenceQueue.poll();
assertNull(polled);
referent = null;
System.gc();
assertTrue(weakReference.isEnqueued());
Reference<? extends Object> removed = referenceQueue.remove();
assertNotNull(removed);
}
6、PhantomReference vs WeakReference
PhantomReference 有两个好处， 其一， 它可以让我们准确地知道对象何时被从内存中删除， 这个特性可以被用于一些特殊的需求中(例如 Distributed GC， XWork 和 google-guice 中也使用 PhantomReference 做了一些清理性工作).
其二， 它可以避免 finalization 带来的一些根本性问题, 上文提到 PhantomReference 的唯一作用就是跟踪 referent 何时被 enqueue 到 ReferenceQueue 中, 但是 WeakReference 也有对应的功能, 两者的区别到底在哪呢 ？
这就要说到 Object 的 finalize 方法, 此方法将在 gc 执行前被调用, 如果某个对象重载了 finalize 方法并故意在方法内创建本身的强引用, 这将导致这一轮的 GC 无法回收这个对象并有可能引起任意次 GC， 最后的结果就是明明 JVM 内有很多 Garbage 却 OutOfMemory， 使用 PhantomReference 就可以避免这个问题， 因为 PhantomReference 是在 finalize 方法执行后回收的，也就意味着此时已经不可能拿到原来的引用， 也就不会出现上述问题, 当然这是一个很极端的例子, 一般不会出现.
7、 对比
| Soft vs Weak vs Phantom References | ||||
|---|---|---|---|---|
| Type | Purpose | Use | When GCed | Implementing Class |
| Strong Reference | An ordinary reference. Keeps objects alive as long as they are referenced. | normal reference. | Any object not pointed to can be reclaimed. | default |
| Soft Reference | Keeps objects alive provided there's enough memory. | to keep objects alive even after clients have removed their references (memory-sensitive caches), in case clients start asking for them again by key. | After a first gc pass, the JVM decides it still needs to reclaim more space. | java.lang.ref.SoftReference |
| Weak Reference | Keeps objects alive only while they're in use (reachable) by clients. | Containers that automatically delete objects no longer in use. | After gc determines the object is only weakly reachable | java.lang.ref.WeakReference java.util.WeakHashMap |
| Phantom Reference | Lets you clean up after finalization but before the space is reclaimed (replaces or augments the use offinalize()) | Special clean up processing | After finalization. | java.lang.ref.PhantomReference
|
8. 小结
一般的应用程序不会涉及到 Reference 编程， 但是了解这些知识会对理解 GC 的工作原理以及性能调优有一定帮助，在实现一些基础性设施比如缓存时也可能会用到， 希望本文能有所帮助。