详解Java的引用类型及使用场景

每种编程语言都有自己操作内存中元素的方式，例如在 C 和 C++ 里是通过指针，而在 Java 中则是通过“引用”。在 JDK.1.2 之后，Java 对引用的概念进行了扩充，将引用分为了：强引用（Strong Reference）、软引用（Soft Reference）、弱引用（Weak Reference）、虚引用（Phantom Reference）4 种，这 4 种引用的强度依次减弱，今天这篇文章就简单介绍一下这四种类型，并简单说一下他们的使用场景。

1. 强引用（Strong Reference）

强引用类型，是我们最常讲的一个类型，我们先看一个例子：

package cn.bridgeli.demo.reference;
 
/**
 * @author BridgeLi
 * @date 2021/2/26 10:02
 */
public class User {
 
    @Override
    protected void finalize() throws Throwable {
        super.finalize();
        System.out.println("finalize");
    }
 
}
 
package cn.bridgeli.demo.reference;
 
import org.junit.Test;
 
/**
 * @author BridgeLi
 * @date 2021/2/26 10:03
 */
public class StrongReferenceTest {
 
    @Test
    public void testStrongReference() {
        User user = new User();
        user = null;
        System.gc();
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

我们都知道当一个实例对象具有强引用时，垃圾回收器不会回收该对象，当内存不足时，宁愿 OOM，也就是抛出 OutOfMemeryError 异常也不会回收强引用的对象，因为 JVM 认为强引用的对象是用户正在使用的对象，它无法分辨出到底该回收哪个，强行回收有可能导致系统严重错误。但是当对象被赋值为 null 之后，会被回收，并且会执行对象的 finalize 函数，此时我们可以通过该函数拯救自己，但是有两点需要注意一个是只能拯救一次，当再次被垃圾回收的时候就不能拯救了，另一个就是有事没事千万不要重写次函数，本例只是为了说明问题重写了此函数，如果在工作中误重写了此函数，可能会导致垃圾不能回收，最终 OOM，另外有熟悉 GC 的同学没？猜一下我为什么要 sleep 一下？

2. 软引用（Soft Reference）

在我刚学 Java 的时候，并不知道怎么使用软引用，那时候只知道强引用，其实是通过 java.lang.ref.SoftReference 类来使用软引用的，为了说明软引用，我们先看一个例子：

package cn.bridgeli.demo.reference;
 
import org.junit.Test;
 
import java.lang.ref.SoftReference;
 
/**
 * @author BridgeLi
 * @date 2021/2/26 10:21
 */
public class SoftReferenceTest {
 
    @Test
    public void testSoftReference() {
        SoftReference softReference = new SoftReference<>(new byte[1024 * 1024 * 10]);
        System.out.println(softReference.get());
 
        System.gc();
 
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
 
        System.out.println(softReference.get());
 
        byte[] bytes = new byte[1024 * 1024 * 12];
 
        System.out.println(softReference.get());
    }
}

除了通过 get 方法获取我们的软引用对象之外，运行结果和强引用类型并没有什么区别是吧？结果和我们想的一样，但是别着急，加一个启动参数再试试：

-Xms20m -Xmx20m

我们都知道，这两个参数是控制 JVM 启动的时候堆的最大值和最小值的，这里面我们设置的最大值和最小值都是 20M，按照强引用的逻辑，我们一共申请了 22M 的空间，应该 OOM 才对，事实证明并没有，通过打印语句证明，我们的软引用被回收了，所以软引用的特点是：在内存足够的时候，软引用对象不会被垃圾回收器回收，只有在内存不足时，垃圾回收器则会回收软引用对象，当然回收了软引用对象之后仍然没有足够的内存，这时同样会抛出内存溢出异常。

看了软引用的特点，我们很容易想到软引用的使用场景：缓存。记得刚工作的时候，有个同事给我说，他做 Android，有一个加载图片的应用，特麻烦，会 OOM，其实使用软引用应该很轻松的能解决这个问题。

3. 弱引用（Weak Reference）

弱引用是通过 java.lang.ref.WeakReference 类来实现的，同样我们也先看一个例子：

package cn.bridgeli.demo.reference;
 
import org.junit.Test;
 
import java.lang.ref.WeakReference;
 
/**
 * @author BridgeLi
 * @date 2021/2/26 10:30
 */
public class WeakReferenceTest {
 
    @Test
    public void testWeakReference() {
        WeakReference weakReference = new WeakReference<>(new User());
        System.out.println(weakReference.get());
 
        System.gc();
 
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
 
        System.out.println(weakReference.get());
    }
}

通过例子我们可以看到，弱引用是一种比软引用更弱的引用类型：在系统 GC 时，只要发现弱引用，不管系统堆空间是否足够，都会将对象进行回收。看到这里可能会有同学有疑问，GC 什么时候启动，除了我们显示调用外，我们并不能控制（其实就算我们显示调用，GC 也可能不会立即执行），而且 GC 之后，弱引用立即被回收，引用不到了，那么这个类型有什么用呢？其实这个类型还真有大用，我们鼎鼎大名的 ThreadLocal 类就是借助于这个类实现的，所以当你使用 ThreadLocal 的时候，就已经在使用弱类型了，我之前曾经写过关于 ThreadLocal 的文章，但是当时理解不是很准确，不过说明的例子是没有问题的，所以还有一定的参考价值，后面看看啥时候有机会重写一篇关于 ThreadLocal 的文章，详细说说这个类。

另外除了 ThreadLocal 类外还有一个类值得说一下，那就是 java.util.WeakHashMap 类，见名知意，我们就可以猜到这个类的特点。同样通过一个例子说明一下：

package cn.bridgeli.demo.reference;
 
import org.junit.Test;
 
import java.util.Map;
import java.util.WeakHashMap;
 
/**
 * @author BridgeLi
 * @date 2021/2/26 10:38
 */
public class WeakHashMapTest {
 
    @Test
    public void testWeakHashMap() {
        Map map = new WeakHashMap();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            map.put("key" + i, new byte[i]);
        }
 
//        Map map = new HashMap();
//        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
//            map.put("key" + i, new byte[i]);
//        }
    }
}

记得启动的时候设置一下，设置一下启动的时候堆的大小，不要设置太大，可以看出区别。

4. 虚引用（Phantom Reference）

通过前面的例子，我们可以看到引用强度是越来越弱的，所以虚引用是最弱的一种引用类型，到底有多弱呢，我们同样通过一个例子来看，需要说明的是，虚引用是通过 java.lang.ref.PhantomReference 类实现的。

package cn.bridgeli.demo.reference;
 
import org.junit.Test;
 
import java.lang.ref.PhantomReference;
import java.lang.ref.Reference;
import java.lang.ref.ReferenceQueue;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
 
/**
 * @author BridgeLi
 * @date 2021/2/26 11:05
 */
public class PhantomReferenceTest {
 
    ReferenceQueue referenceQueue = new ReferenceQueue();
    List