一文讀懂java中的Reference和引用類型

時間 2020-05-05

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一文讀懂java中的Reference和引用類型java

簡介

java中有值類型也有引用類型，引用類型通常是針對於java中對象來講的，今天介紹一下java中的引用類型。java爲引用類型專門定義了一個類叫作Reference。Reference是跟java垃圾回收機制息息相關的類，經過探討Reference的實現能夠更加深刻的理解java的垃圾回收是怎麼工做的。git

本文先從java中的四種引用類型開始，一步一步揭開Reference的面紗。程序員

java中的四種引用類型分別是：強引用，軟引用，弱引用和虛引用。github

強引用Strong Reference

java中的引用默認就是強引用，任何一個對象的賦值操做就產生了對這個對象的強引用。函數

咱們看一個例子：this

public class StrongReferenceUsage {

    @Test
    public void stringReference(){
        Object obj = new Object();
    }
}
複製代碼

上面咱們new了一個Object對象，並將其賦值給obj，這個obj就是new Object()的強引用。spa

強引用的特性是隻要有強引用存在，被引用的對象就不會被垃圾回收。3d

軟引用Soft Reference

軟引用在java中有個專門的SoftReference類型，軟引用的意思是隻有在內存不足的狀況下，被引用的對象纔會被回收。code

先看下SoftReference的定義：cdn

public class SoftReference<T> extends Reference<T> 複製代碼

SoftReference繼承自Reference。它有兩種構造函數：

public SoftReference(T referent) 複製代碼

和：

public SoftReference(T referent, ReferenceQueue<? super T> q) 複製代碼

第一個參數很好理解，就是軟引用的對象，第二個參數叫作ReferenceQueue，是用來存儲封裝的待回收Reference對象的，ReferenceQueue中的對象是由Reference類中的ReferenceHandler內部類進行處理的。

咱們舉個SoftReference的例子：

@Test
    public void softReference(){
        Object obj = new Object();
        SoftReference<Object> soft = new SoftReference<>(obj);
        obj = null;
        log.info("{}",soft.get());
        System.gc();
        log.info("{}",soft.get());
    }
複製代碼

輸出結果：

22:50:43.733 [main] INFO com.flydean.SoftReferenceUsage - java.lang.Object@71bc1ae4
22:50:43.749 [main] INFO com.flydean.SoftReferenceUsage - java.lang.Object@71bc1ae4
複製代碼

能夠看到在內存充足的狀況下，SoftReference引用的對象是不會被回收的。

弱引用weak Reference

weakReference和softReference很相似，不一樣的是weekReference引用的對象只要垃圾回收執行，就會被回收，而不論是否內存不足。

一樣的WeakReference也有兩個構造函數：

public WeakReference(T referent)； public WeakReference(T referent, ReferenceQueue<? super T> q)； 複製代碼

含義和SoftReference一致，這裏就再也不重複表述了。

咱們看下弱引用的例子：

@Test
    public void weakReference() throws InterruptedException {
        Object obj = new Object();
        WeakReference<Object> weak = new WeakReference<>(obj);
        obj = null;
        log.info("{}",weak.get());
        System.gc();
        log.info("{}",weak.get());
    }
複製代碼

輸出結果：

22:58:02.019 [main] INFO com.flydean.WeakReferenceUsage - java.lang.Object@71bc1ae4
22:58:02.047 [main] INFO com.flydean.WeakReferenceUsage - null
複製代碼

咱們看到gc事後，弱引用的對象被回收掉了。

虛引用PhantomReference

PhantomReference的做用是跟蹤垃圾回收器收集對象的活動，在GC的過程當中，若是發現有PhantomReference，GC則會將引用放到ReferenceQueue中，由程序員本身處理，當程序員調用ReferenceQueue.pull()方法，將引用出ReferenceQueue移除以後，Reference對象會變成Inactive狀態，意味着被引用的對象能夠被回收了。

和SoftReference和WeakReference不一樣的是，PhantomReference只有一個構造函數，必須傳入ReferenceQueue：

public PhantomReference(T referent, ReferenceQueue<? super T> q) 複製代碼

看一個PhantomReference的例子：

@Slf4j
public class PhantomReferenceUsage {

    @Test
    public void usePhantomReference(){
        ReferenceQueue<Object> rq = new ReferenceQueue<>();
        Object obj = new Object();
        PhantomReference<Object> phantomReference = new PhantomReference<>(obj,rq);
        obj = null;
        log.info("{}",phantomReference.get());
        System.gc();
        Reference<Object> r = (Reference<Object>)rq.poll();
        log.info("{}",r);
    }
}
複製代碼

運行結果：

07:06:46.336 [main] INFO com.flydean.PhantomReferenceUsage - null
07:06:46.353 [main] INFO com.flydean.PhantomReferenceUsage - java.lang.ref.PhantomReference@136432db
複製代碼

咱們看到get的值是null，而GC事後，poll是有值的。

由於PhantomReference引用的是須要被垃圾回收的對象，因此在類的定義中，get一直都是返回null：

public T get() {
        return null;
    }
複製代碼

Reference和ReferenceQueue

講完上面的四種引用,接下來咱們談一下他們的父類Reference和ReferenceQueue的做用。

Reference是一個抽象類，每一個Reference都有一個指向的對象，在Reference中有5個很是重要的屬性：referent，next，discovered，pending，queue。

private T referent;         /* Treated specially by GC */
volatile ReferenceQueue<? super T> queue;
Reference next;
transient private Reference<T> discovered;  /* used by VM */
private static Reference<Object> pending = null;
複製代碼

每一個Reference均可以當作是一個節點，多個Reference經過next，discovered和pending這三個屬性進行關聯。

先用一張圖來對Reference有個總體的概念：

referent就是Reference實際引用的對象。

經過next屬性，能夠構建ReferenceQueue。

經過discovered屬性，能夠構建Discovered List。

經過pending屬性，能夠構建Pending List。

四大狀態

在講這三個Queue/List以前，咱們先講一下Reference的四個狀態：

從上面的圖中，咱們能夠看到一個Reference能夠有四個狀態。

由於Reference有兩個構造函數，一個帶ReferenceQueue,一個不帶。

Reference(T referent) {
        this(referent, null);
    }

    Reference(T referent, ReferenceQueue<? super T> queue) {
        this.referent = referent;
        this.queue = (queue == null) ? ReferenceQueue.NULL : queue;
    }
複製代碼

對於帶ReferenceQueue的Reference，GC會把要回收對象的Reference放到ReferenceQueue中，後續該Reference須要程序員本身處理（調用poll方法）。

不帶ReferenceQueue的Reference，由GC本身處理，待回收的對象其Reference狀態會變成Inactive。

建立好了Reference，就進入active狀態。

active狀態下，若是引用對象的可到達狀態發送變化就會轉變成Inactive或Pending狀態。

Inactive狀態很好理解，到達Inactive狀態的Reference狀態不能被改變，會等待GC回收。

Pending狀態表明等待入Queue，Reference內部有個ReferenceHandler，會調用enqueue方法，將Pending對象入到Queue中。

入Queue的對象，其狀態就變成了Enqueued。

Enqueued狀態的對象，若是調用poll方法從ReferenceQueue拿出，則該Reference的狀態就變成了Inactive，等待GC的回收。

這就是Reference的一個完整的生命週期。

三個Queue/List

有了上面四個狀態的概念，咱們接下來說三個Queue/List：ReferenceQueue，discovered List和pending List。

ReferenceQueue在講狀態的時候已經講過了，它本質是由Reference中的next鏈接而成的。用來存儲GC待回收的對象。

pending List就是待入ReferenceQueue的list。

discovered List這個有點特別，在Pending狀態時候，discovered List就等於pending List。

在Active狀態的時候，discovered List實際上維持的是一個引用鏈。經過這個引用鏈，咱們能夠得到引用的鏈式結構，當某個Reference狀態再也不是Active狀態時，須要將這個Reference從discovered List中刪除。

WeakHashMap

最後講一下WeakHashMap，WeakHashMap跟WeakReference有點相似，在WeakHashMap若是key再也不被使用，被賦值爲null的時候，該key對應的Entry會自動從WeakHashMap中刪除。

咱們舉個例子：

@Test
    public void useWeakHashMap(){
        WeakHashMap<Object, Object> map = new WeakHashMap<>();
        Object key1= new Object();
        Object value1= new Object();
        Object key2= new Object();
        Object value2= new Object();

        map.put(key1, value1);
        map.put(key2, value2);
        log.info("{}",map);

        key1 = null;
        System.gc();
        log.info("{}",map);

    }
複製代碼

輸出結果：

[main] INFO com.flydean.WeakHashMapUsage - {java.lang.Object@14899482=java.lang.Object@2437c6dc, java.lang.Object@11028347=java.lang.Object@1f89ab83}
[main] INFO com.flydean.WeakHashMapUsage - {java.lang.Object@14899482=java.lang.Object@2437c6dc}
複製代碼

能夠看到gc事後，WeakHashMap只有一個Entry了。