Java引用类型：强引用，软引用，弱引用，虚引用

在Java中提供了4个级别的引用：强引用，软引用，弱引用，虚引用。在这4个引用级别中，只有强引用FinalReference类是包内可见，其他3中引用类型均为public，可以在应用程序中直接使用。

强引用

Java中的引用，有点像C++的指针，通过引用，可以对堆中的对象进行操作。
在我们的代码生涯中，大部分使用的都是强引用，所谓强引入，都是形如Object o = new Object()的操作。
强引用具备一下特点：

• 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不会被系统回收，JVM宁愿抛出OOM异常，也不回收强引用所指向的对象
• 强引用可能导致内存泄漏

所以当我们在使用强引用创建对象时，如果下面不使用这个对象了，一定要显式地使用o = null操作来辅助垃圾回收器进行gc操作。一旦我们没有进行置null操作，就会造成内存泄漏，再使用MAT等工具进行复杂操作，浪费了大量的时间。
在jdk代码中也有许多显式置null的操作。对于ArrayList，相信了解过java的都知道，ArrayList底层使用的数组实现的，在我们进行clear操作时，就会对数组进行置null操作。

    public void clear() {
        modCount++;

        // clear to let GC do its work
        for (int i = 0; i < size; i++)
            elementData[i] = null;

        size = 0;
    }

其实如果我们的对象Object o = new Object()是在方法内创建的，那么局部变量o将被分配在栈上，而对象Object实例被分配在堆上，局部变量o指向Object实例所在的对空间，通过o可以操作该实例，那么o就是Object的引用。这时候显式置null的作用不大，只要在我们的方法退出，即该栈桢从Java虚拟机栈弹出时，o指向Object的引用就断开了，此时Object在堆上分配的内存在GC时就能被回收。

软引用

软引用是除强引用外，最强的引用类型。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，当堆使用率临近阈值时，才会去回收软引用对象。只要有足够的内存，软引用便可能在内存中存活相当长一段时间。因此，软引用可以用于实现对内存敏感的Cache。
在java doc中，软引用是这样描述的

虚拟机在抛出 OutOfMemoryError 之前会保证所有的软引用对象已被清除。此外，没有任何约束保证软引用将在某个特定的时间点被清除，或者确定一组不同的软引用对象被清除的顺序。不过，虚拟机的具体实现会倾向于不清除最近创建或最近使用过的软引用。

举个例子

/**
 *
 * @author xiaosuda
 * @date 2018/10/23
 */
public class ReferenceTest {


    public static void main(String[] args) {

        //强引用
        MyObject object = new MyObject();
        //创建引用队列
        ReferenceQueue<MyObject> queue = new ReferenceQueue<>();
        //创建软引用
        SoftReference<MyObject> softRef = new SoftReference<>(object, queue);
        //检查引用队列，监控对象回收情况
        new Thread(new CheckRefQueue(queue)).start();
        //删除强引用
        object = null;
        //手动GC
        System.gc();
        System.out.println("After GC:Soft Get= " + softRef.get());
        System.out.println("分配大内存:" + Runtime.getRuntime().maxMemory());
        try {
            //分配大内容
              byte[] maxObject = new byte[(int) Runtime.getRuntime().maxMemory()];
        } catch (Throwable e) {
            System.out.println(e.getMessage());
        }
        System.out.println("After new byte[]:Soft Get= " + softRef.get());
    }

}

class CheckRefQueue implements Runnable {

    ReferenceQueue queue;

    public CheckRefQueue(ReferenceQueue queue) {
        this.queue = queue;
    }

    @Override
    public void run() {
        Reference myObj = null;
        try {
            myObj = queue.remove();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        if (myObj != null) {
            System.out.println("Object for SoftReference is " + myObj.get());
        }
    }
}

class MyObject {


    @Override
    protected void finalize() throws Throwable {
        super.finalize();
        //被回收时输出
        System.out.println("MyObject's finalize called");
    }

    @Override
    public String toString() {
        return "I'am MyObject";
    }
}

JVM参数为：-Xmx5m -XX:+PrintGCDetails -Xmn2m
执行结果如下：

[GC (System.gc()) [PSYoungGen: 891K->496K(1536K)] 891K->520K(5632K), 0.0015474 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[Full GC (System.gc()) [PSYoungGen: 496K->0K(1536K)] [ParOldGen: 24K->425K(4096K)] 520K->425K(5632K), [Metaspace: 2687K->2687K(1056768K)], 0.0050401 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.01 secs] 
After GC:Soft Get= I'am MyObject
分配大内存:5767168
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 20K->64K(1536K)] 445K->489K(5632K), 0.0002611 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 64K->96K(1536K)] 489K->521K(5632K), 0.0002294 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[Full GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 96K->0K(1536K)] [ParOldGen: 425K->414K(4096K)] 521K->414K(5632K), [Metaspace: 2688K->2688K(1056768K)], 0.0037219 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 0K->0K(1536K)] 414K->414K(5632K), 0.0007248 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[Full GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 0K->0K(1536K)] [ParOldGen: 414K->402K(4096K)] 414K->402K(5632K), [Metaspace: 2688K->2688K(1056768K)], 0.0047190 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.01 secs] 
异常：Java heap space
MyObject's finalize called
Object for SoftReference is null
After new byte[]:Soft Get= null
Heap
 PSYoungGen      total 1536K, used 81K [0x00000007bfe00000, 0x00000007c0000000, 0x00000007c0000000)
  eden space 1024K, 7% used [0x00000007bfe00000,0x00000007bfe14760,0x00000007bff00000)
  from space 512K, 0% used [0x00000007bff80000,0x00000007bff80000,0x00000007c0000000)
  to   space 512K, 0% used [0x00000007bff00000,0x00000007bff00000,0x00000007bff80000)
 ParOldGen       total 4096K, used 402K [0x00000007bfa00000, 0x00000007bfe00000, 0x00000007bfe00000)
  object space 4096K, 9% used [0x00000007bfa00000,0x00000007bfa649d8,0x00000007bfe00000)
 Metaspace       used 2694K, capacity 4490K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 290K, capacity 386K, committed 512K, reserved 1048576K

Process finished with exit code 0

在这个例子中，首先构造MyObject对象，并将其赋值给obj变量，构成强引用。然后使用弱引用构造这个MyObject对象的软引用，并注册导softQueue队列里面。当softRef被回收时，会被softQueue队列，设置obj=null，删除这个强引用。因此，系统内对MyObject对象的引用只剩下软引用。此时显示调用GC，通过软引用的get方法，取得myObject对象实例的强引用。法相对象未被回收。说明在GC充足情况下不会回收软引用对象。
接着申请一块堆大小的的堆空间，并catch异常，从执行结果发现，在这次GC后，softRef.get()不再返回MyObject对象，而是返回null。说明，在系统内存紧张的情况下，软引用被回收并且加入注册的引用队列
软引用在我们的日常开发中使用的场景很多，比如商城中商品的信息。某个商品可能会被多人访问，此时我们可以把该商品的信息使用软引用保存。当系统内存足够时，可以实现高速查找，当系统内存不足又会被回收，避免OOM的风险。

TIPS: 尽管软引用会在OOM之前被清理，但是，这并不表示full gc 会清理软引用对象。在经过full gc后我们的软引用对象都放入了old区，由于full gc的存在，程序大多数强框下并不会OOM。由于软引用对象占据了老年代的空间，full gc将执行的更为频繁。所以还是建议使用弱引用

当然了，上面的例子是OOM之前回收软引用。怎么才能full gc就回收软引用对象呢？

-XX:SoftRefLRUPolicyMSPerMB // FullGC 保留的 SoftReference 数量，参数值越大，GC 后保留的软引用对象就越多。

当我们设置这个参数值为0时，full gc就会回收我们的软引用对象了

修改main方法内容

 public static void main(String[] args) {

        //强引用
        MyObject object = new MyObject();
        //创建引用队列
        ReferenceQueue<MyObject> queue = new ReferenceQueue<>();
        //创建软引用
        SoftReference<MyObject> softRef = new SoftReference<>(object, queue);
        //检查引用队列，监控对象回收情况
        new Thread(new CheckRefQueue(queue)).start();
        //删除强引用
        object = null;
        //手动GC
        System.gc();
        System.out.println("After new byte[]:Soft Get= " + softRef.get());
    }

JVM参数-Xmx5m -XX:+PrintGCDetails -Xmn2m -XX:SoftRefLRUPolicyMSPerMB=0
执行结果

[GC (System.gc()) [PSYoungGen: 890K->496K(1536K)] 890K->520K(5632K), 0.0021185 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[Full GC (System.gc()) [PSYoungGen: 496K->0K(1536K)] [ParOldGen: 24K->413K(4096K)] 520K->413K(5632K), [Metaspace: 2685K->2685K(1056768K)], 0.0071067 secs] [Times: user=0.01 sys=0.01, real=0.01 secs] 
After new byte[]:Soft Get= null
Object for SoftReference is null
MyObject's finalize called
Heap
 PSYoungGen      total 1536K, used 71K [0x00000007bfe00000, 0x00000007c0000000, 0x00000007c0000000)
  eden space 1024K, 6% used [0x00000007bfe00000,0x00000007bfe11e68,0x00000007bff00000)
  from space 512K, 0% used [0x00000007bff00000,0x00000007bff00000,0x00000007bff80000)
  to   space 512K, 0% used [0x00000007bff80000,0x00000007bff80000,0x00000007c0000000)
 ParOldGen       total 4096K, used 413K [0x00000007bfa00000, 0x00000007bfe00000, 0x00000007bfe00000)
  object space 4096K, 10% used [0x00000007bfa00000,0x00000007bfa67608,0x00000007bfe00000)
 Metaspace       used 2693K, capacity 4490K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 290K, capacity 386K, committed 512K, reserved 1048576K

Process finished with exit code 0

可以发现在手动GC后，软引用对象已经被回收。此时的软引用已经与弱引用效果一样了。下面看弱引用

弱引用

弱引用时一种比软引用较弱的引用类型。在系统GC时，只要发现弱引用，不管系统对空间是否足够，都会对对象进行回收。但是，由于垃圾回收器的线程通常优先级很低，因此，并不一定能很快地发现持有弱引用的对象。在这种情况下，弱引用对象可以存在较长时间。一旦一个弱引用对象被垃圾收集器回收，便会加入导一个注册引用队列中
修改软引用例子中的main方法内容为

    public static void main(String[] args) {

       //强引用
        MyObject object = new MyObject();
        //创建引用队列
        ReferenceQueue<MyObject> queue = new ReferenceQueue<>();
        WeakReference<MyObject> weakRef = new WeakReference<>(object, queue);
        new Thread(new CheckRefQueue(queue)).start();
        object = null;
        System.out.println("After new byte[]:Soft Get= " + weakRef.get());
        System.gc();
        System.out.println("After new byte[]:Soft Get= " + weakRef.get());
   }

JVM参数：-Xmx5m -XX:+PrintGCDetails -Xmn2m
执行结果如下

After new byte[]:Soft Get= I'am MyObject
[GC (System.gc()) [PSYoungGen: 891K->496K(1536K)] 891K->520K(5632K), 0.0016576 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[Full GC (System.gc()) [PSYoungGen: 496K->0K(1536K)] [ParOldGen: 24K->426K(4096K)] 520K->426K(5632K), [Metaspace: 2685K->2685K(1056768K)], 0.0124398 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.01 secs] 
MyObject's finalize called
Object for SoftReference is null
After new byte[]:Soft Get= null
Heap
 PSYoungGen      total 1536K, used 71K [0x00000007bfe00000, 0x00000007c0000000, 0x00000007c0000000)
  eden space 1024K, 6% used [0x00000007bfe00000,0x00000007bfe11e60,0x00000007bff00000)
  from space 512K, 0% used [0x00000007bff00000,0x00000007bff00000,0x00000007bff80000)
  to   space 512K, 0% used [0x00000007bff80000,0x00000007bff80000,0x00000007c0000000)
 ParOldGen       total 4096K, used 426K [0x00000007bfa00000, 0x00000007bfe00000, 0x00000007bfe00000)
  object space 4096K, 10% used [0x00000007bfa00000,0x00000007bfa6a988,0x00000007bfe00000)
 Metaspace       used 2692K, capacity 4490K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 290K, capacity 386K, committed 512K, reserved 1048576K

Process finished with exit code 0

通过结果可以看到，在GC之前，弱引用对象并未被垃圾回收器发现，因此通过weakRef.get()方法可以获得对应的强引用，但是只要进行垃圾回收，弱引用对象一旦被发现，便会立刻被回收，并加入注册的引用队列中。此时，再通过weakRef.get()方法取得强引用就会失败

虚引用在我们的日常代码中也经常用到，比如ThreadLocal的内部实现就是一个ThreadLocalMap,该map的Entry的key为ThreadLocal本身，value为我们向ThreadLocal对象set的值，其中的key就是弱引用对象。又比如
集合WeakHashMap，都是使用了弱引用实现的，想更加深了解的可以区看看相关源码的实现。

虚引用

虚引用时所有引用类型中最弱的一个，一个持有弱引用的对象，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，如果发现他还有虚引用，就会在垃圾回收后销毁这个对象，将这个对象加入引用队列。虚引用主要用于检测对象是否已经从内存中删除。