Android 四种引用比较与源码分析

目录介绍

• 0.关于四种引用 
  • 0.1 引用说明
  • 0.2 关于Java下ref包和Android下ref包
• 1.强引用 
  • 1.0 关于强引用引用的场景
  • 1.1 强引用介绍
  • 1.2 强引用的特点
  • 1.3 注意相互引用情况
• 2.软引用 
  • 2.0 关于SoftReference软引用
  • 2.1 软引用应用场景
  • 2.2 软引用的简单使用
  • 2.3 软引用的特点
  • 2.4 实际应用案例
  • 2.5 注意避免软引用获取对象为null
• 3.弱引用 
  • 3.0 关于WeakReference弱引用
  • 3.1 WeakReference：防止内存泄漏，要保证内存被虚拟机回收 
    • 3.1.1 先看一个handler小案例
    • 3.1.2 为什么这样会造成内存泄漏
    • 3.1.3 根本原因
  • 3.2 弱引用解决办法
  • 3.3 弱引用实际应用案例
• 4.虚引用 
  • 4.0 关于PhantomReference类虚引用
  • 4.1 Android实际开发中没有用到过
• 5.四种引用其他介绍 
  • 5.1 弱引用和软引用区别
  • 5.2 使用软引用或者弱引用防止内存泄漏
  • 5.3 到底什么时候使用软引用，什么时候使用弱引用呢？
  • 5.4 四种引用用一张表总结[摘自网络]
• 6.源码分析 
  • 6.1 首先看看如何通过弱引用加载图片
  • 6.2 看看Reference的源代码
  • 6.3 看看ReferenceQueue的enqueue函数
  • 6.4 看看ReferenceQueue的enqueueLocked(Reference)函数
  • 6.5 接着看看ReferenceQueue.isEnqueued()代码
  • 6.6 那么enqueueLocked(Reference)函数中的Cleaner是做什么的
  • 6.7 软引用SoftReference源码
  • 6.8 弱引用WeakReference源码
  • 6.9 虚引用PhantomReference源码
• 7.关于其他 
  • 7.1 关于参考案例
  • 7.2 关于版本说明
  • 7.3 关于我的博客

特此说明

• 博客汇总链接：https://www.jianshu.com/p/53017c3fc75d
• 视频案例：https://github.com/yangchong211/YCVideoPlayer
• 音频案例：https://github.com/yangchong211/YCAudioPlayer
• recyclerView复杂封装库：https://github.com/yangchong211/YCRefreshView
• 状态栏工具类：https://github.com/yangchong211/YCStatusBar
• 状态切换管理器库：https://github.com/yangchong211/YCStateLayout

0.关于四种引用

0.1 引用说明

• java.lang.ref包中提供了几个类：SoftReference类、WeakReference类和PhantomReference类，它们分别代表软引用、弱引用和虚引用。ReferenceQueue类表示引用队列，它可以和这三种引用类联合使用，以便跟踪Java虚拟机回收所引用的对象的活动。

0.2 关于Java下ref包和Android下ref包

• 在Android下的ref包结构 
  
• 在java下的ref包 
  

1.强引用

1.0 关于强引用引用的场景

• 直接new出来的对象
• String str = new String(“yc”);

1.1 强引用介绍

• 强引用是使用最普遍的引用。如果一个对象具有强引用，那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的问题。
• 通过引用，可以对堆中的对象进行操作。在某个函数中，当创建了一个对象，该对象被分配在堆中，通过这个对象的引用才能对这个对象进行操作。

1.2 强引用的特点

• 强引用可以直接访问目标对象。
• 强引用所指向的对象在任何时候都不会被系统回收。JVM宁愿抛出OOM异常，也不会回收强引用所指向的对象。
• 强引用可能导致内存泄露。

1.3 注意相互引用情况

2.软引用

2.0 关于SoftReference软引用

• SoftReference：软引用–>当虚拟机内存不足时，将会回收它指向的对象；需要获取对象时，可以调用get方法。
• 可以通过java.lang.ref.SoftReference使用软引用。一个持有软引用的对象，不会被JVM很快回收，JVM会根据当前堆的使用情况来判断何时回收。当堆的使用率临近阈值时，才会回收软引用的对象。

2.1 软引用应用场景

• 例如从网络上获取图片，然后将获取的图片显示的同时，通过软引用缓存起来。当下次再去网络上获取图片时，首先会检查要获取的图片缓存中是否存在，若存在，直接取出来，不需要再去网络上获取。

2.2 软引用的简单使用

• 用法如下

MyObject aRef = new  MyObject();
SoftReference aSoftRef = new SoftReference(aRef);
MyObject anotherRef = (MyObject)aSoftRef.get();

2.3 软引用的特点

• 2.3.1 特点：
• 如果一个对象只具有软引用，那么如果内存空间足够，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。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。
• 2.3.2 代码如下

ReferenceQueue queue = new  ReferenceQueue();
SoftReference  ref = new  SoftReference(aMyObject, queue);

• 2.3.3 如何回收：
• 那么当这个SoftReference所软引用的aMyOhject被垃圾收集器回收的同时，ref所强引用的SoftReference对象被列入ReferenceQueue。也就是说，ReferenceQueue中保存的对象是Reference对象，而且是已经失去了它所软引用的对象的Reference对象。另外从ReferenceQueue这个名字也可以看出，它是一个队列，当我们调用它的poll()方法的时候，如果这个队列中不是空队列，那么将返回队列前面的那个Reference对象。
• 在任何时候，我们都可以调用ReferenceQueue的poll()方法来检查是否有它所关心的非强可及对象被回收。如果队列为空，将返回一个null,否则该方法返回队列中前面的一个Reference对象。利用这个方法，我们可以检查哪个SoftReference所软引用的对象已经被回收。于是我们可以把这些失去所软引用的对象的SoftReference对象清除掉。
• 常用的方式为

SoftReference ref = null;
while ((ref = (EmployeeRef) q.poll()) != null) {
    // 清除ref
}

2.4 实际应用案例

• 2.4.1 正常是用来处理图片这种占用内存大的情况
• 代码如下所示

View view = findViewById(R.id.button);
Bitmap bitmap = BitmapFactory.decodeResource(getResources(),R.drawable.ic_launcher);
Drawable drawable = new BitmapDrawable(bitmap);
SoftReference drawableSoftReference = new SoftReference(drawable);
if(drawableSoftReference != null) {
    view.setBackground(drawableSoftReference.get());
}

• 2.4.2 这样使用软引用好处
• 通过软引用的get()方法，取得drawable对象实例的强引用，发现对象被未回收。在GC在内存充足的情况下，不会回收软引用对象。此时view的背景显示
• 实际情况中,我们会获取很多图片.然后可能给很多个view展示, 这种情况下很容易内存吃紧导致oom,内存吃紧，系统开始会GC。这次GC后，drawables.get()不再返回Drawable对象，而是返回null，这时屏幕上背景图不显示，说明在系统内存紧张的情况下，软引用被回收。
• 使用软引用以后，在OutOfMemory异常发生之前，这些缓存的图片资源的内存空间可以被释放掉的，从而避免内存达到上限，避免Crash发生。

2.5 注意避免软引用获取对象为null

• 在垃圾回收器对这个Java对象回收前，SoftReference类所提供的get方法会返回Java对象的强引用，一旦垃圾线程回收该Java对象之后，get方法将返回null。所以在获取软引用对象的代码中，一定要判断是否为null，以免出现NullPointerException异常导致应用崩溃。

3.弱引用

3.0 关于WeakReference弱引用

• 3.0.1 WeakReference
• 弱引用–>随时可能会被垃圾回收器回收，不一定要等到虚拟机内存不足时才强制回收。要获取对象时，同样可以调用get方法。
• 3.0.2 特点
• 如果一个对象只具有弱引用，那么在垃圾回收器线程扫描的过程中，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。
• 弱引用也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。

3.1 WeakReference：防止内存泄漏，要保证内存被虚拟机回收

• 3.1.1 先看一个handler小案例【千万不要忽视淡黄色警告】 
  

• 3.1.2 为什么这样会造成内存泄漏

• 这种情况就是由于android的特殊机制造成的：当一个android主线程被创建的时候，同时会有一个Looper对象被创建，而这个Looper对象会实现一个MessageQueue(消息队列)，当我们创建一个handler对象时，而handler的作用就是放入和取出消息从这个消息队列中，每当我们通过handler将一个msg放入消息队列时，这个msg就会持有一个handler对象的引用。因此当Activity被结束后，这个msg在被取出来之前，这msg会继续存活，但是这个msg持有handler的引用，而handler在Activity中创建，会持有Activity的引用，因而当Activity结束后，Activity对象并不能够被gc回收，因而出现内存泄漏。

• 3.1.3 根本原因

• Activity在被结束之后，MessageQueue并不会随之被结束，如果这个消息队列中存在msg，则导致持有handler的引用，但是又由于Activity被结束了，msg无法被处理，从而导致永久持有handler对象，handler永久持有Activity对象，于是发生内存泄漏。但是为什么为static类型就会解决这个问题呢？因为在java中所有非静态的对象都会持有当前类的强引用，而静态对象则只会持有当前类的弱引用。声明为静态后，handler将会持有一个Activity的弱引用，而弱引用会很容易被gc回收，这样就能解决Activity结束后，gc却无法回收的情况。

3.2 弱引用解决办法

• 代码如下所示

private MyHandler handler = new MyHandler(this);
private static class MyHandler extends Handler{
    WeakReference weakReference;
    MyHandler(FirstActivity activity) {
        weakReference = new WeakReference<>(activity);
    }

    @Override
    public void handleMessage(Message msg) {
        super.handleMessage(msg);
        switch (msg.what){
        }
    }
}

3.3 弱引用实际应用案例

• 具体案例可以参考我的代码：https://github.com/yangchong211/YCVideoPlayer 
  
  

4.虚引用

4.0 关于PhantomReference类虚引用

• 虚引用是所有引用类型中最弱的一个。一个持有虚引用的对象，和没有引用几乎是一样的，随时都可能被垃圾回收器回收。当试图通过虚引用的get()方法取得强引用时，总是会失败。并且，虚引用必须和引用队列一起使用，它的作用在于跟踪垃圾回收过程。 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，就会在垃圾回收后，销毁这个对象，奖这个虚引用加入引用队列。

4.1 Android实际开发中没有用到过

• 貌似开发中没有接触过虚引用

5.四种引用其他介绍

5.1 弱引用和软引用区别

• 弱引用与软引用的根本区别在于：只具有弱引用的对象拥有更短暂的生命周期，可能随时被回收。而只具有软引用的对象只有当内存不够的时候才被回收，在内存足够的时候，通常不被回收。

5.2 使用软引用或者弱引用防止内存泄漏

• 在Android应用的开发中，为了防止内存溢出，在处理一些占用内存大而且声明周期较长的对象时候，可以尽量应用软引用和弱引用技术。
• 软引用，弱引用都非常适合来保存那些可有可无的缓存数据。如果这样做，当系统内存不足时，这些缓存数据会被回收，不会导致内存溢出。而当内存资源充足时，这些缓存数据又可以存在相当长的时间。

5.3 到底什么时候使用软引用，什么时候使用弱引用呢？

• 个人认为，如果只是想避免OutOfMemory异常的发生，则可以使用软引用。如果对于应用的性能更在意，想尽快回收一些占用内存比较大的对象，则可以使用弱引用。
• 还有就是可以根据对象是否经常使用来判断。如果该对象可能会经常使用的，就尽量用软引用。如果该对象不被使用的可能性更大些，就可以用弱引用。
• 另外，和弱引用功能类似的是WeakHashMap。WeakHashMap对于一个给定的键，其映射的存在并不阻止垃圾回收器对该键的回收，回收以后，其条目从映射中有效地移除。WeakHashMap使用ReferenceQueue实现的这种机制。

5.4 四种引用用一张表总结[摘自网络]

6.源码分析

6.1 首先看看如何通过弱引用加载图片

6.2 看看Reference的源代码

• 6.2.1 源码说明：
• 看到Reference除了带有对象引用referent的构造函数，还有一个带有ReferenceQueue参数的构造函数。那么这个ReferenceQueue用来做什么呢？
• 需要我们从enqueue这个函数来开始分析。当系统要回收Reference持有的对象引用referent的时候，Reference的enqueue函数会被调用，而在这个函数中调用了ReferenceQueue的enqueue函数。

• 那么我们来看看ReferenceQueue的enqueue函数做了什么？

• 6.2.2 看看这段源代码

public abstract class Reference {

    private static boolean disableIntrinsic = false;
    private static boolean slowPathEnabled = false;
    volatile T referent;         /* Treated specially by GC */
    final ReferenceQueue queue;
    Reference queueNext;
    Reference pendingNext;

    //返回此引用对象的引用。如果这个引用对象有由程序或垃圾收集器清除，然后此方法返回
    public T get() {
        return getReferent();
    }

    private final native T getReferent();

    //清除此引用对象。调用此方法不会将对象加入队列
    public void clear() {
        this.referent = null;
    }

    //是否引用对象已进入队列，由程序或垃圾收集器。
    //如果该引用对象在创建队列时没有注册，则该方法将始终返回
    public boolean isEnqueued() {
        return queue != null && queue.isEnqueued(this);
    }

    //添加引用对象到其注册的队列，如果他的方法是通过java代码调用
    public boolean enqueue() {
       return queue != null && queue.enqueue(this);
    }

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

    Reference(T referent, ReferenceQueue queue) {
        this.referent = referent;
        this.queue = queue;
    }
}

6.3 看看ReferenceQueue的enqueue函数

• 6.3.1 源码说明
• 可以看到首先获取同步锁，然后调用了enqueueLocked(Reference)函数
• 6.3.2 看看这段代码 
  

6.4 看看ReferenceQueue的enqueueLocked(Reference)函数

• 6.4.1 源码说明
• 通过 enqueueLocked函数可以看到ReferenceQueue维护了一个队列（链表结构），而enqueue这一系列函数就是将reference添加到这个队列（链表）中
• 6.4.2 看看这段代码 
  

6.5 接着看看ReferenceQueue.isEnqueued()代码

• 6.5.1 让我们回到Reference源码中
• 可以看到除了enqueue这个函数还有一个isEnqueued函数，同样这个函数调用了ReferenceQueue的同名函数，源码如下：

boolean isEnqueued(Reference reference) {
    synchronized (lock) {
        return reference.queueNext != null && reference.queueNext != sQueueNextUnenqueued;
    }
}

• 6.5.2 源码分析说明
• 可以看到先获取同步锁，然后判断该reference是否在队列（链表）中。由于enqueue和isEnqueue函数都要申请同步锁，所以这是线程安全的。
• 这里要注意“reference.queueNext != sQueueNextUnenqueued”用于判断该Reference是否是一个Cleaner类，在上面ReferenceQueue的enqueueLocked函数中我们可以看到如果一个Reference是一个Cleaner，则调用它的clean方法，同时并不加入链表，并且将其queueNext设置为sQueueNextUnequeued，这是一个空的虚引用

6.6 那么enqueueLocked(Reference)函数中的Cleaner是做什么的

• 在stackoverflow网站中找到这个解释 
  • sun.misc.Cleaner是JDK内部提供的用来释放非堆内存资源的API。JVM只会帮我们自动释放堆内存资源，但是它提供了回调机制，通过这个类能方便的释放系统的其他资源。
  • 可以看到Cleaner是用于释放非堆内存的，所以做特殊处理。
  • 通过enqueue和isEnqueue两个函数的分析，ReferenceQueue队列维护了那些被回收对象referent的Reference的引用，这样通过isEnqueue就可以判断对象referent是否已经被回收，用于一些情况的处理。

6.7 软引用SoftReference源码

• 6.7.1 关于这段源码分析
• 可以看到SoftReference有一个类变量clock和一个变量timestamp，这两个参数对于SoftReference至关重要。 
  • clock：记录了上一次GC的时间。这个变量由GC（garbage collector）来改变。
  • timestamp：记录对象被访问（get函数）时最近一次GC的时间。
• 那么这两个参数有什么用？ 
  • 我们知道软引用是当内存不足时可以回收的。但是这只是大致情况，实际上软应用的回收有一个条件：
  • clock - timestamp <= free_heap * ms_per_mb
  • free_heap是JVM Heap的空闲大小，单位是MB
  • ms_per_mb单位是毫秒，是每MB空闲允许保留软引用的时间。Sun JVM可以通过参数-XX:SoftRefLRUPolicyMSPerMB进行设置

• 举个栗子：

  • 目前有3MB的空闲，ms_per_mb为1000，这时如果clock和timestamp分别为5000和2000，那么
  • 5000 - 2000 <= 3 * 1000
  • 条件成立，则该次GC不对该软引用进行回收。
  • 所以每次GC时，通过上面的条件去判断软应用是否可以回收并进行回收，即我们通常说的内存不足时被回收。

• 6.7.2 源码如下所示

public class SoftReference extends Reference { 
    static private long clock; 
    private long timestamp; 
    public SoftReference(T referent) { 
        super(referent); 
        this.timestamp = clock; 
    } 
    public SoftReference(T referent, ReferenceQueue q) { 
        super(referent, q); 
        this.timestamp = clock; 
    } 
    public T get() { 
        T o = super.get(); 
        if (o != null && this.timestamp != clock) 
            this.timestamp = clock; 
        return o; 
    } 
} 

6.8 弱引用WeakReference源码

• 6.8.1 源码分析说明
• 没有其他代码，GC时被回收掉。
• 6.8.2 源码如下所示

public class WeakReference extends Reference { 
    public WeakReference(T referent) { 
        super(referent); 
    } 
    public WeakReference(T referent, ReferenceQueue q) { 
        super(referent, q); 
    } 
} 

6.9 虚引用PhantomReference源码

• 6.9.1 源码分析说明
• 可以看到get函数返回null，正如前面说得虚引用无法获取对象引用。（注意网上有些文章说虚引用不持有对象的引用，这是有误的，通过构造函数可以看到虚引用是持有对象引用的，但是无法获取该引用
• 同时可以看到虚引用只有一个构造函数，所以必须传入ReferenceQueue对象。
• 前面提到虚引用的作用是判断对象是否被回收，这个功能正是通过ReferenceQueue实现的。

• 这里注意：不仅仅是虚引用可以判断回收，弱引用和软引用同样实现了带有ReferenceQueue的构造函数，如果创建时传入了一个ReferenceQueue对象，同样也可以判断。

• 6.9.2 源码如下所示

public class PhantomReference extends Reference { 
    public T get() { 
        return null; 
    } 
    public PhantomReference(T referent, ReferenceQueue q) { 
        super(referent, q); 
    } 
}

7.关于其他

7.1 关于参考案例

• http://blog.csdn.net/qq_20280683/article/details/77897876
• http://blog.csdn.net/to_be_designer/article/details/72673421

7.2 关于版本说明

• v1.0 16年6月18日
• v1.1 17年11月18日，简单的分析了源码
• v1.2 18年重新整理了笔记

7.3 关于我的博客

• 我的个人站点：www.yczbj.org，www.ycbjie.cn
• github：https://github.com/yangchong211
• 知乎：https://www.zhihu.com/people/yang-chong-69-24/pins/posts
• 简书：http://www.jianshu.com/u/b7b2c6ed9284
• csdn：http://my.csdn.net/m0_37700275
• 喜马拉雅听书：http://www.ximalaya.com/zhubo/71989305/
• 泡在网上的日子：http://www.jcodecraeer.com/member/content_list.php?channelid=1
• 邮箱：[email protected]
• 阿里云博客：https://yq.aliyun.com/users/article?spm=5176.100- 239.headeruserinfo.3.dT4bcV