Java引用类型之弱引用与幻像引用

这一篇将介绍弱引用和幻像引用。  

1、WeakReference

WeakReference也就是弱引用,弱引用和软引用类似,它是用来描述"非必须"的对象的,它的强度比软引用要更弱一些。被弱引用关联的对象只能生存到下一次垃圾收集发生之前,简言之就是:一旦发生GC必定回收被弱引用关联的对象,不管当前的内存是否足够。WeakReference类的定义如下:

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

WeakReference继承了Reference。在ReferenceProcessorStats ReferenceProcessor::process_discovered_references()方法中调用process_discovered_reflist()方法处理弱引用,如下:

// Weak references
size_t weak_count = 0;
{
    // 传递的clear_referent的值为true
    weak_count =  process_discovered_reflist(_discoveredWeakRefs, NULL, true,
                                 is_alive, keep_alive, complete_gc, task_executor);
}

调用的process_discovered_reflist()方法中会用后2个阶段处理弱引用,在之前已经介绍过,这里不再介绍。 

2、PhantomReference

PhantomReference也就是幻像引用,它是所有引用类型中最弱的一种。一个对象是否关联到虚引用,完全不会影响该对象的生命周期,也无法通过虚引用来获取一个对象的实例。为对象设置一个虚引用的唯一目的是:能在此对象被垃圾收集器回收的时候收到一个系统通知。PhantomReference类的定义如下:

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

可以看到幻像引用的get()方法永远返回null,所以也就无法通过虚引用来获取一个对象的实例。

public static void demo() throws InterruptedException {	
        Object                    obj = new Object();	
        ReferenceQueue    refQueue =new ReferenceQueue<>();	
        PhantomReference  phanRef =new PhantomReference<>(obj, refQueue);	
        Object                    objg = phanRef.get();	
        // 这里拿到的是null	
        System.out.println(objg);	
        // 让obj变成垃圾	
        obj=null;	
        System.gc();	
        Thread.sleep(3000);	
        // GC后会将phanRef加入到refQueue中	
        Reference phanRefP = refQueue.remove();	
         //这里输出true	
        System.out.println(phanRefP==phanRef);	
}
 
  
 

从以上代码中可以看到,幻像引用能够在指向对象不可达时得到一个“通知”(其实所有继承Reference的类都有这个功能),需要注意的是GC完成后,phanRef.referent依然指向之前创建Object,也就是说Object对象一直没被回收!

而造成这一现象的原因在之前也介绍过: 对于Finalreference和Phantomreference来说,clear_referent 字段传入的值为false,意味着被这两种引用类型引用的对象,如果没有其他额外处理,在GC中是不会被回收的。

对于幻像引用来说,从refQueue.remove()得到引用对象后,可以调用clear()方法强行解除引用和对象之间的关系,使得对象下次可以GC时可以被回收掉。

在ReferenceProcessor::process_discovered_references()方法中调用process_discovered_reflist()方法处理幻像引用,如下:

// Phantom references
size_t phantom_count = 0;
{
    // 传递的clear_referent的值为false
    phantom_count =  process_discovered_reflist(_discoveredPhantomRefs, NULL, false,
                                 is_alive, keep_alive, complete_gc, task_executor);
}

调用的process_discovered_reflist()方法中会用后2个阶段处理幻像引用,在之前已经介绍过,这里不再介绍。 

3、Cleaner 

PhantomReference有两个比较常用的子类,如下:

(1)java.lang.ref.Cleaner:开发者用于在引用对象回收的时候触发一个动作,在JDK 9中将完全替代Object.finalize()方法。

(2)jdk.internal.ref.Cleaner:用于DirectByteBuffer对象回收的时候对于堆外内存的回收。ReferenceHandler线程会对pending链表中的jdk.internal.ref.Cleaner类型引用对象调用其clean()方法。

对于java.lang.ref.Cleaner类来说,举个例子如下:

import java.lang.ref.Cleaner;
 
public class CleaningExample implements AutoCloseable {
	// A cleaner, preferably one shared within a library
	private static final Cleaner cleaner = Cleaner.create();
 
	static class State implements Runnable {
 		State() {
			System.out.println("init");// initialize State needed for cleaning action
		}
 
		public void run() {
			System.out.println("clean");// cleanup action accessing State, executed at most once
		}
	}
 
	private final State state;
	private final Cleaner.Cleanable cleanable;
 
	public CleaningExample() {
		this.state = new State();
		this.cleanable = cleaner.register(this, state);
	}
 
	public void close() {
		cleanable.clean();
	}
	
	public static void main(String[] args) {
		while(true) {
			new CleaningExample();
		}
	}
}

本例中每次创建对象时,都会打印init;回收对象时,都会打印clean。  

下面介绍jdk.internal.ref.Cleaner类。

Cleaner继承自Java四大引用类型之一的幻像引用PhantomReference(众所周知,无法通过幻像引用获取与之关联的对象实例,且当对象仅被幻像引用引用时,在任何发生GC的时候,其均可被回收),通常PhantomReference与引用队列ReferenceQueue结合使用,可以实现幻像引用关联对象被垃圾回收时能够进行系统通知、资源清理等功能。如下图所示,当某个被Cleaner引用的对象将被回收时,JVM垃圾收集器会将此对象的引用放入到对象引用中的pending链表中,等待ReferenceHandler进行相关处理。其中,ReferenceHandler为一个拥有最高优先级的守护线程,会循环不断的处理pending链表中的对象引用,执行Cleaner的clean()方法进行相关清理工作,这在之前介绍ReferenceHandler类时介绍过,这里不再介绍。 

Java引用类型之弱引用与幻像引用_第1张图片

Cleaner只有在清理逻辑足够轻量和直接的时候才适合使用Cleaner,繁琐耗时的清理逻辑将有可能导致ReferenceHandler线程阻塞从而耽误其它的清理任务。 

相关文章的链接如下:

1、在Ubuntu 16.04上编译OpenJDK8的源代码 

2、调试HotSpot源代码

3、HotSpot项目结构 

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32、解析Class文件之创建InstanceKlass对象 

33、字段解析之字段注入 

34、类的连接  

35、类的连接之验证 

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37、类的连接之重写(2)

38、方法的连接  

39、初始化vtable 

40、初始化itable  

41、类的初始化 

42、对象的创建  

43、Java引用类型 

44、Java引用类型之软引用(1)

45、Java引用类型之软引用(2)

46、Java引用类型之弱引用与幻像引用  

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参考文章:

Java魔法类:Unsafe应用解析 

 

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