java中的4种reference的差别和使用场景（含理论、代码和执行结果）

我们知道java语言提供了4种引用类型：强引用、软引用(SoftReference)、弱引用（WeakReference）和幽灵引用（PhantomReference），与引用密切相关的，还有一个引用队列ReferenceQueue。引用和引用队列的关系，对于垃圾回收来说非常重要，学习垃圾回收机制，必须要先了解引用和引用队列的使用方法。本文主要参考网上的一些理论，同时配合自己的一些测试代码，更好的理解这些概念。这篇博客也解决了 System.gc()和-XX:+DisableExplicitGC启动参数，以及DirectByteBuffer的内存释放  中遗留的幽灵引用的问题。

1、强引用

     强引用不会被GC回收，并且在java.lang.ref里也没有实际的对应类型，平时工作接触的最多的就是强引用。
　 Object obj = new Object();这里的obj引用便是一个强引用。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，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问题。

2、软引用

如果一个对象只具有软引用，那就类似于可有可物的生活用品。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。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。

/**
 * 只有当内存不够的时候，才回收这类内存，因此在内存足够的时候，它们通常不被回收
 * 
 * <pre>
 * 无论是否发送GC,执行结果都是:
 * java.lang.Object@f9f9d8
 * null
 * java.lang.Object@f9f9d8
 * null
 * </pre>
 * 
 * 可以看到:只有发送了GC,将对于从内存中释放的时候,JVM才会将reference假如引用队列
 */
public static void soft() throws Exception
{
	Object obj = new Object();
	ReferenceQueue<Object> refQueue = new ReferenceQueue<Object>();
	SoftReference<Object> softRef = new SoftReference<Object>(obj, refQueue);
	System.out.println(softRef.get()); // java.lang.Object@f9f9d8
	System.out.println(refQueue.poll());// null

	// 清除强引用,触发GC
	obj = null;
	System.gc();

	System.out.println(softRef.get());

	Thread.sleep(200);
	System.out.println(refQueue.poll());
}

这里有几点需要说明：

1、System.gc()告诉JVM这是一个执行GC的好时机，但具体执不执行由JVM决定（事实上这段代码一般都会执行GC)

2、Thread.sleep(200); 这是因为从对象被回收到JVM将引用加入refQueue队列，需要一定的时间。而且poll并不是一个阻塞方法，如果没有数据会返回null，所以我们选择等待一段时间。

3、弱引用

如果一个对象只具有弱引用，那就类似于可有可物的生活用品。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。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。 

/**
 * 弱引用: 当发生GC的时候,Weak引用对象总是会内回收回收。因此Weak引用对象会更容易、更快被GC回收。
 * Weak引用对象常常用于Map数据结构中，引用占用内存空间较大的对象
 * 
 * <pre>
 * 如果不发生垃圾回收： 
 * java.lang.Object@f9f9d8 
 * null 
 * java.lang.Object@f9f9d8
 * null
 * 
 * 如果发生垃圾回收:
 * java.lang.Object@f9f9d8
 * null
 * null
 * java.lang.ref.WeakReference@422ede
 * 
 * <pre>
 */
public static void weak() throws Exception
{
	Object obj = new Object();
	ReferenceQueue<Object> refQueue = new ReferenceQueue<Object>();
	WeakReference<Object> weakRef = new WeakReference<Object>(obj, refQueue);
	System.out.println(weakRef.get()); // java.lang.Object@f9f9d8
	System.out.println(refQueue.poll());// null

	// 清除强引用,触发GC
	obj = null;
	System.gc();

	System.out.println(weakRef.get());

	// 这里特别注意:poll是非阻塞的,remove是阻塞的.
	// JVM将弱引用放入引用队列需要一定的时间,所以这里先睡眠一会儿
	// System.out.println(refQueue.poll());// 这里有可能是null

	Thread.sleep(200);
	System.out.println(refQueue.poll());
	// System.out.println(refQueue.poll());//这里一定是null,因为已经从队列中移除

	// System.out.println(refQueue.remove());
}

这里需要注意下：

1、remove这是一个阻塞方法，类似于J.U.C并发包下的阻塞队列，如果没有队列没有数据，那么当前线程一直等待。

2、如果队列有数据，那么remove和pool都会将第一个元素出队。

4、幽灵引用(虚引用)

虚引用主要用来跟踪对象被垃圾回收器回收的活动。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。当垃圾回收器回收一个对象时，如果发现它还有虚引用，就会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。如果程序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。由于Object.finalize()方法的不安全性、低效性，常常使用虚引用完成对象回收前的资源释放工作。参考我的另一篇博客：解释为什么finalize是不安全的，不建议使用

/**
 * 当GC一但发现了虚引用对象，将会将PhantomReference对象插入ReferenceQueue队列.
 * 而此时PhantomReference所指向的对象并没有被GC回收，而是要等到ReferenceQueue被你真正的处理后才会被回收.
 * 
 * <pre>
 * 不发生GC执行结果是:
 * null
 * null
 * null
 * null
 * 
 * 发生GC执行结果是:
 * null
 * null
 * null
 * java.lang.ref.PhantomReference@87816d
 * </pre>
 * 
 * 虚引用在实现一个对象被回收之前必须做清理操作是很有用的,比finalize()方法更灵活
 */
public static void phantom() throws Exception
{
	Object obj = new Object();
	ReferenceQueue<Object> refQueue = new ReferenceQueue<Object>();
	PhantomReference<Object> phantom = new PhantomReference<Object>(obj,
			refQueue);
	System.out.println(phantom.get()); // java.lang.Object@f9f9d8
	System.out.println(refQueue.poll());// null

	obj = null;
	System.gc();

	// 调用phanRef.get()不管在什么情况下会一直返回null
	System.out.println(phantom.get());

	// 当GC发现了虚引用，GC会将phanRef插入进我们之前创建时传入的refQueue队列
	// 注意，此时phanRef所引用的obj对象，并没有被GC回收，在我们显式地调用refQueue.poll返回phanRef之后
	// 当GC第二次发现虚引用，而此时JVM将phanRef插入到refQueue会插入失败，此时GC才会对obj进行回收
	Thread.sleep(200);
	System.out.println(refQueue.poll());
}

这里特别需要注意：当JVM将虚引用插入到引用队列的时候，虚引用执行的对象内存还是存在的。但是PhantomReference并没有暴露API返回对象。如NIO直接内存的自动回收，就使用到了sun.misc.Cleaner

public class Cleaner extends PhantomReference
{
}

JDK底层源码查询网站：http://www.docjar.com/html/api/sun/misc/Cleaner.java.html

5、小结

引用和引用队列提供了一种通知机制，允许我们知道对象已经被销毁或者即将被销毁。GC要回收一个对象的时候，如果发现该对象有软、弱、虚引用的时候，会将这些引用加入到注册的引用队列中。软引用和弱引用差别不大，JVM都是先把SoftReference和WeakReference中的referent字段值设置成null，之后加入到引用队列；而虚引用则不同，如果某个堆中的对象，只有虚引用，那么JVM会将PhantomReference加入到引用队列中，JVM不会自动将referent字段值设置成null。

参考资料：

Java:对象的强、软、弱和虚引用    http://zhangjunhd.blog.51cto.com/113473/53092/

Java 中的 Reference              http://www.cnblogs.com/newcj/archive/2011/05/15/2046882.html