SoftReference,WeakReference&WeakHashMap

在JDK1.2之前的版本中，當一個對象不被任何變量引用，那麼程序就沒法再使用這個對象。也就是說，只有對象處於可觸及狀態，程序才能使用它。這 就像在平常生活中，從商店購買了某樣物品後，若是有用，就一直保留它，不然就把它扔到垃圾箱，由清潔工人收走。通常說來，若是物品已經被扔到垃圾箱，想再 把它撿回來使用就不可能了。

但有時候狀況並不這麼簡單，你可能會遇到相似雞肋同樣的物品，食之無味，棄之惋惜。這種物品如今已經無用了，保留它會佔空間，可是馬上扔掉它也不划算，因 爲也許未來還會派用場。對於這樣的無關緊要的物品，一種折衷的處理辦法是：若是家裏空間足夠，就先把它保留在家裏，若是家裏空間不夠，即便把家裏全部的垃 圾清除，仍是沒法容納那些必不可少的生活用品，那麼再扔掉這些無關緊要的物品。

從JDK1.2版本開始，把對象的引用分爲四種級別，從而使程序能更加靈活的控制對象的生命週期。這四種級別由高到低依次爲：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，這是使用最廣泛的引用。若是一個對象具備強引用，那就相似於必不可少的生活用品，垃圾回收器毫不會回收它。當內存空 間不足，Java虛擬機寧願拋出OutOfMemoryError錯誤，使程序異常終止，也不會靠隨意回收具備強引用的對象來解決內存不足問題。

2．軟引用（SoftReference）
 

若是一個對象只具備軟引用，那就相似於可有可物的生活用品。若是內存空間足夠，垃圾回收器就不會回收它，若是內存空間不足了，就會回收這些對象的內存。只要垃圾回收器沒有回收它，該對象就能夠被程序使用。軟引用可用來實現內存敏感的高速緩存。
軟引用能夠和一個引用隊列（ReferenceQueue）聯合使用，若是軟引用所引用的對象被垃圾回收，Java虛擬機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）
若是一個對象只具備弱引用，那就相似於可有可物的生活用品。弱引用與軟引用的區別在於：只具備弱引用的對象擁有更短暫的生命週期。在垃圾回收器線程掃描它 所管轄的內存區域的過程當中，一旦發現了只具備弱引用的對象，無論當前內存空間足夠與否，都會回收它的內存。不過，因爲垃圾回收器是一個優先級很低的線程， 所以不必定會很快發現那些只具備弱引用的對象。
弱引用能夠和一個引用隊列（ReferenceQueue）聯合使用，若是弱引用所引用的對象被垃圾回收，Java虛擬機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，與其餘幾種引用都不一樣，虛引用並不會決定對象的生命週期。若是一個對象僅持有虛引用，那麼它就和沒有任何引用同樣，在任什麼時候候均可能被垃圾回收。
虛引用主要用來跟蹤對象被垃圾回收的活動。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，若是發現它還有虛引用，就會在回收對象的內存以前，把這個虛引用加入到與之關聯的引用隊列中。程序能夠經過判斷引用隊列中是 否已經加入了虛引用，來了解

被引用的對象是否將要被垃圾回收。程序若是發現某個虛引用已經被加入到引用隊列，那麼就能夠在所引用的對象的內存被回收以前採起必要的行動。
 

在本書中，"引用"既能夠做爲動詞，也能夠做爲名詞，讀者應該根據上下文來區分"引用"的含義。
在java.lang.ref包中提供了三個類：SoftReference類、WeakReference類和PhantomReference類，它 們分別表明軟引用、弱引用和虛引用。ReferenceQueue類表示引用隊列，它能夠和這三種引用類聯合使用，以便跟蹤Java虛擬機回收所引用的對 象的活動。如下程序建立了一個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>爲範型標記，代表隊列中存放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，而且與rq引用隊列關聯
//<String>爲範型標記，代表WeakReference會弱引用String對象
WeakReference<String> wf = new WeakReference<String>(str, rq);

以上程序代碼執行完畢，內存中引用與對象的關係如圖11-10所示。
 

圖11-10 "hello"對象同時具備強引用和弱引用

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。從圖中能夠看出，此時"hello"對象被str強引用，而且被一個WeakReference對象弱引用，所以"hello"對象不會被垃圾回收。
在如下程序代碼中，把引用"hello"對象的str變量置爲null，而後再經過WeakReference弱引用的get()方法得到"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，內存中引用與對象的關係如圖11-11所示，此 時"hello"對象僅僅具備弱引用，所以它有可能被垃圾回收。假如它尚未被垃圾回收，那麼接下來在第⑤行執行wf.get()方法會返回 "hello"對象的引用，而且使得這個對象被str1強引用。再接下來在第⑥行執行rq.poll()方法會返回null，由於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，若是沒有則返回null。

圖11-11 "hello"對象只具備弱引用
 

在如下程序代碼中，執行完第④行後，"hello"對象僅僅具備弱引用。接下來兩次調用System.gc()方法，催促垃圾回收器工做，從而提升 "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，而且rq.poll()方法返回WeakReference對象的引用。圖11-12顯示了執行完第⑧行後內存 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

//兩次催促垃圾回收器工做，提升"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爲null
Reference<? extends String> ref=rq.poll(); //⑧

圖11-12 "hello"對象被垃圾回收，弱引用被加入到引用隊列

在如下例程11-15的References類中，依次建立了10個軟引用、10個弱引用和10個虛引用，它們各自引用一個Grocery對象。從程序運 行時的打印結果能夠看出，虛引用形同虛設，它所引用的對象隨時可能被垃圾回收，具備弱引用的對象擁有稍微長的生命週期，當垃圾回收器執行回收操做時，有可 能被垃圾回收，具備軟引用的對象擁有較長的生命週期，但在Java虛擬機認爲內存不足的狀況下，也會被垃圾回收。
 

例程11-15 References.java

import java.lang.ref.*;
import java.util.*;

class Grocery{
private static final int SIZE = 10000;
//屬性d使得每一個Grocery對象佔用較多內存，有80K左右
private double[] d = new double[SIZE];
private String id;
public Grocery(String id) { this.id = id; }
public String toString() { return id; }
public void finalize() {
System.out.println("Finalizing " + id);
}
}

public class References {
private static ReferenceQueue<Grocery> rq = new ReferenceQueue<Grocery>();
public static void checkQueue() {
Reference<? extends Grocery> inq = rq.poll(); //從隊列中取出一個引用
if(inq != null)
System.out.println("In queue: "+inq+" : "+inq.get());
}

public static void main(String[] args) {
final int size=10;

//建立10個Grocery對象以及10個軟引用
Set<SoftReference<Grocery>> sa = new HashSet<SoftReference<Grocery>>();
for(int i = 0; i < size; i++) {
SoftReference<Grocery> ref=
new SoftReference<Grocery>(new Grocery("Soft " + i), rq);
System.out.println("Just created: " +ref.get());
sa.add(ref);
}
System.gc();
checkQueue();

//建立10個Grocery對象以及10個弱引用
Set<WeakReference<Grocery>> wa = new HashSet<WeakReference<Grocery>>();
for(int i = 0; i < size; i++) {
WeakReference<Grocery> ref=
new WeakReference<Grocery>(new Grocery("Weak " + i), rq);
System.out.println("Just created: " +ref.get());
wa.add(ref);
}
System.gc();
checkQueue();

//建立10個Grocery對象以及10個虛引用
Set<PhantomReference<Grocery>> pa = new HashSet<PhantomReference<Grocery>>();
for(int i = 0; i < size; i++) {
PhantomReference<Grocery>ref =
new PhantomReference<Grocery>(new Grocery("Phantom " + i), rq);
System.out.println("Just created: " +ref.get());
pa.add(ref);
}
System.gc();
checkQueue();
}
}

在Java集合中有一種特殊的Map類型：WeakHashMap， 在這種Map中存放了鍵對象的弱引用，當一個鍵對象被垃圾回收，那麼相應的值對象的引用會從Map中刪除。WeakHashMap可以節約存儲空間，可用 來緩存那些非必須存在的數據。關於Map接口的通常用法，可參見本書第15章的15.4節（Map）。
 

如下例程11-16的MapCache類的main()方法建立了一個WeakHashMap對象，它存放了一組Key對象的弱引用，此外main()方法還建立了一個數組對象，它存放了部分Key對象的強引用。
 

例程11-16 MapCache.java

import java.util.*;
import java.lang.ref.*;

class Key {
String id;
public Key(String id) { this.id = id; }
public String toString() { return id; }
public int hashCode() {
return id.hashCode();
}
public boolean equals(Object r) {
return (r instanceof Key)
&& id.equals(((Key)r).id);
}
public void finalize() {
System.out.println("Finalizing Key "+ id);
}
}

class Value {
String id;
public Value(String id) { this.id = id; }
public String toString() { return id; }
public void finalize() {
System.out.println("Finalizing Value "+id);
}
}

public class MapCache {
public static void main(String[] args) throws Exception{
int size = 1000;
// 或者從命令行得到size的大小
if(args.length > 0)size = Integer.parseInt(args[0]);

Key[] keys = new Key[size]; //存放鍵對象的強引用
WeakHashMap<Key,Value> whm = new WeakHashMap<Key,Value>();
for(int i = 0; i < size; i++) {
Key k = new Key(Integer.toString(i));
Value v = new Value(Integer.toString(i));
if(i % 3 == 0) keys[i] = k; //使Key對象持有強引用
whm.put(k, v); //使Key對象持有弱引用
}
//催促垃圾回收器工做
System.gc();

//把CPU讓給垃圾回收器線程
Thread.sleep(8000);
}
}

以上程序的部分打印結果以下：
 

Finalizing Key 998
Finalizing Key 997
Finalizing Key 995
Finalizing Key 994
Finalizing Key 992
Finalizing Key 991
Finalizing Key 989
Finalizing Key 988
Finalizing Key 986
Finalizing Key 985
Finalizing Key 983
 

從打印結果能夠看出，當執行System.gc()方法後，垃圾回收器只會回收那些僅僅持有弱引用的Key對象。id能夠被3整數的Key對象持有強引用，所以不會被回收。