前幾天在CodeReview的時候，看到了一個用WeakHashMap的代碼，進而聊到了WeakReference，再聊到Java四種引用類型。
回想了一下，上次學習Java的強軟弱虛四種引用類型，還是在準備面試的時候。平時用得不多，一下子竟然想不清楚它們的區別，只記得它們的強度依次遞減。
下來又看了一下這方面的文章，今天好好把它們理清楚。
四種引用的區別
其實四種引用的區別在於GC的時候，對它們的處理不同。用一句話來概括，就是：如果一個對象GC Root可達，強引用不會被回收，軟引用在內存不足時會被回收，弱引用在這個對象第一次GC會被回收。
❝如果GC Root不可達，那不論什麼引用，都會被回收
❞
虛引用比較特殊，等於沒有引用，不會影響對象的生命週期，但可以在對象被收集器回收時收到一個系統通知。
下面結合案例分別來講一下四種引用在面對GC時的表現以及它們的常見用途。先設置一下JVM的參數：
-Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -verbose:gc -XX:+PrintGCDetails
複製代碼強引用
這就是我們平時最常使用的引用。只要GC的時候這個對象GC Root可達，它就不會被回收。如果JVM內存不夠了，直接拋出OOM。比如下面這段代碼就會拋出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]);
}
}
複製代碼軟引用
軟引用，當GC的時候，如果GC Root可達，如果內存足夠，就不會被回收；如果內存不夠用，會被回收。將上面的例子改成軟引用，就不會被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);
}
}
複製代碼我們把程序改造一下，打印出GC後的前後的差別：
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後:" + softReference.get());
}
}
複製代碼會發現，打印出的日誌，GC前都是有值的，而GC後，會有一些是null，代表它們已經被回收。
而我們設置的堆最大為20M，如果把循環次數改成15，就會發現打印出的日誌，GC後沒有為null的。但通過-verbose:gc -XX:+PrintGCDetails參數能發現，JVM還是進行了幾次GC的，只是由於內存還夠用，所以沒有回收。
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後:" + softReference.get());
}
}
複製代碼所以軟引用的常見用途就呼之欲出了：緩存。尤其是那種希望這個緩存能夠持續時間長一點的。
弱引用
軟引用，只要這個對象發生GC，就會被回收。
把上面的代碼改成軟引用，會發現打印出的日誌，GC後全部為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後:" + weakReference.get());
}
}
複製代碼所以弱引用也適合用來做緩存，不過由於它是隻要發生GC就會被回收，所以存活的時間比軟引用短得多，通常用於做一些非常臨時的緩存。
我們知道，WeakHashMap內部是通過弱引用來管理entry的。它的鍵是“弱鍵”，所以在GC時，它對應的鍵值對也會從Map中刪除。
❝Tomcat中有一個
❞ConcurrentCache，用到了WeakHashMap，結合ConcurrentHashMap，實現了一個線程安全的緩存，感興趣的同學可以研究一下源碼，代碼非常精簡，加上所有註釋，只有短短59行。
ThreadLocal中的靜態內部類ThreadLocalMap裏面的entry是一個WeakReference的繼承類。
❝使用弱引用，使得
❞ThreadLocalMap知道ThreadLocal對象是否已經失效，一旦該對象失效，也就是成為垃圾，那麼它所操控的Map裏的數據也就沒有用處了，因為外界再也無法訪問，進而決定擦除Map中相關的值對象，Entry對象的引用，來保證Map總是保持儘可能的小。
虛引用
虛引用的設計和上面三種引用有些不同，它並不影響GC，而是為了在對象被GC時，能夠收到一個系統通知。
那它是怎麼被通知的呢？虛引用必須要配合ReferenceQueue，當GC準備回收一個對象，如果發現它還有虛引用，就會在回收之前，把這個虛引用加入到與之關聯的ReferenceQueue中。
那NIO是如何利用虛引用來管理內存的呢？
DirectBuffer直接從Java堆之外申請一塊內存, 這塊內存是不直接受JVM GC管理的, 也就是説在GC算法中並不會直接操作這塊內存. 這塊內存的GC是由於DirectBuffer在Java堆中的對象被GC後, 通過一個通知機制, 而將其清理掉的.
DirectBuffer內部有一個Cleaner。這個Cleaner是PhantomReference的子類。當DirectBuffer對象被回收之後, 就會通知到PhantomReference。然後由ReferenceHandler調用tryHandlePending()方法進行pending處理. 如果pending不為空, 説明DirectBuffer被回收了, 就可以調用Cleaner的clean()進行回收了。
上面這個方法的代碼在Reference類裏面，有興趣的同學可以去看一下那個方法的源碼。
總結
以上就是Java中四種引用的區別。一般來説，強引用我們都知道，虛引用很少用到。而軟引用和弱引用的區別在於回收的時機：軟引用GC時，發現內存不夠才回收，弱引用只要一GC就會回收。
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筆名Yasin，一個有深度，有態度，有温度的程序員。工作之餘分享編程技術和生活，如果喜歡我的文章，可以順手「關注」一下公眾號，也歡迎「轉發」分享給你的朋友~
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