Java引用类型

Java引用类型

• 应该说，引用对于对象来说是至关重要的，对象生来是要被用的，没有引用的对象自然就用不到了，也就面临被回收，判断对象存活的关键在于引用

引用的分类

• JDK1.2 之前，Java 中引用的定义很传统：如果 reference 类型的数据存储的数值代表的是另一块内存的起始地址，就称这块内存代表一个引用；JDK1.2 以后，Java 对引用的概念进行了扩充，将引用分为强引用、软引用、弱引用、虚引用，终结器引用五种（引用强度逐渐减弱）。垃圾回收器对于不同引用强度的引用有不同的回收策略

  • 对象当然可以对应多种类型的引用，每个引用都会发挥其对应的作用（比如与各种队列的关联），但是在回收策略上由强度最高的引用决定

强引用

• 强引用是使用最普遍的引用。如果一个对象具有强引用，那就类似于必不可少的生活用品，垃圾回收器绝不会回收它。当内存空间不足，JVM宁愿抛出 OOM 错误，使程序终止，也不会靠随意回收具有强引用的对象来解决内存不足问题

• 对于强引用来说，唯一使得其实例主动被回收的方法就是向强引用赋值null

  • 为强引用赋值null以促成JVM垃圾回收的最典型的案例就是ArrayList的clear方法

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

    • 释放数组成员的内存，但是不释放数组的内存，因为后续可能还会使用，只是清除存储的对象数据，但是不回收已经分配的数组空间
• 与其他几种引用类型相比，强引用没有对应的类型定义，也没有引用队列使用，毕竟是古老的默认的引用，同时作为最强的引用也没必要有这些

软引用

• 如果一个对象只具有软引用，则类似于非必须生活用品。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。软引用可用来实现内存敏感的高速缓存，可加速 JVM 对垃圾内存的回收速度，可以维护系统的运行安全，防止内存溢出（OutOfMemory）等问题的产生

• 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

  public class SoftReferenceDemo {
  
      public static void main(String[] args) {
          Obj obj = new Obj();
          SoftReference sr = new SoftReference(obj);
          obj = null;
          System.out.println(sr.get());
      }
  }
  
  class Obj {
  
      int[] obj;
  
      public Obj() {
          obj = new int[1000];
      }
  }

  • 使用SoftReference描述软引用
• 使用软引用的一个例子：假如有一个应用需要读取大量的本地图片，如果每次读取图片都从硬盘读取，则会严重影响性能，但是如果全部加载到内存当中，又有可能造成内存溢出，此时使用软引用可以解决这个问题：使用软引用维系内存中的图片数据，如果空间够用就正常使用，如果内存不够了，垃圾回收器会回收内存中图片数据占用的空间

弱引用

• 如果一个对象只具有弱引用，那就类似于可有可无的生活用品。弱引用与软引用的区别在于：只具有弱引用的对象拥有更短暂的生命周期。在垃圾回收器线程扫描它所管辖的内存区域的过程中，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

• 弱引用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，JVM就会把这个弱引用加入到与之关联的引用队列中

  public class WeakReferenceDemo {
  
      public static void main(String[] args) {
        
          WeakReference sr = new WeakReference<>(new String("hello"));
          System.out.println(sr.get()); // hello
          System.gc();                //通知JVM的gc进行垃圾回收
          System.out.println(sr.get()); // null 对饮的实例已经被回收
      }
  }

  • 使用WeakReference描述弱引用

ThreadLocal

• 关于经典的ThreadLocal + 弱引用导致的内存泄漏在ThreadLocal原理的文章中介绍

虚引用

• 虚引用主要用来跟踪对象被垃圾回收的活动，给程序以指示以在对象的内存被回收前采取必要的行动。或者说一个对象持有虚引用，实际上就是等待被回收的对象
• 虚引用与软引用和弱引用的一个区别在于： 虚引用必须和引用队列（ReferenceQueue）联合使用，并且无法通过该引用来获取对象

• 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，就会在回收对象的内存之前，把这个虚引用加入到与之关联的引用队列中。程序可以通过判断引用队列中是否已经加入了虚引用，来了解被引用的对象是否将要被垃圾回收。如果发现某个虚引用已经被加入到引用队列，那么就可以在所引用的对象的内存被回收之前采取必要的行动

  public class PhantomReferenceDemo {
  
      public static void main(String[] args) {
          ReferenceQueue queue = new ReferenceQueue();
          // 虚引用必须指定一个ReferenceQueue
          PhantomReference pr = new PhantomReference(new String("hello"), queue);
          System.out.println(pr.get());  // null
      }
  }

  • 使用PhantomReference描述虚引用
• 关于虚引用的一个经典的使用案例是DirectByteBuffer类中定义的Cleaner类（继承自PhantomReference），Cleaner类可以借用虚引用的特性保证DirectByteBuffer实例被回收后，也可以同步回收由此类分配的堆外内存

DirectByteBuffer

• DirectByteBuffer是Java用于实现堆外内存的一个重要类，通常用在通信过程中做缓冲池，如在Netty、MINA等NIO框架中应用广泛。DirectByteBuffer对于堆外内存的创建、使用、销毁等逻辑均由Unsafe提供的堆外内存API来实现

  protected static final Unsafe unsafe = Bits.unsafe();
  
  DirectByteBuffer(int cap) {                   // package-private
  
    super(-1, 0, cap, cap);
    boolean pa = VM.isDirectMemoryPageAligned();
    int ps = Bits.pageSize();
    long size = Math.max(1L, (long)cap + (pa ? ps : 0));
    Bits.reserveMemory(size, cap);
  
    long base = 0;
    try {
      // 分配内存，返回基地址
      base = unsafe.allocateMemory(size);
    } catch (OutOfMemoryError x) {
      Bits.unreserveMemory(size, cap);
      throw x;
    }
    // 内存初始化
    unsafe.setMemory(base, size, (byte) 0);
    if (pa && (base % ps != 0)) {
      // Round up to page boundary
      address = base + ps - (base & (ps - 1));
    } else {
      address = base;
    }
    // 构建Cleaner对象用于跟踪DirectByteBuffer对象的垃圾回收，以实现当DirectByteBuffer被垃圾回收时，分配的堆外内存一起同步被释放
    cleaner = Cleaner.create(this, new Deallocator(base, size, cap));
    att = null;
  }

• 如何通过构建垃圾回收追踪对象Cleaner实现堆外内存释放的？----虚引用的典型应用

  // Cleaner继承虚引用
  public class Cleaner extends PhantomReference