理解Java的GC和幽灵引用

    Java 中一共有 4 种类型的引用 : StrongReference、 SoftReference、 WeakReference 以及 PhantomReference (传说中的幽灵引用 呵呵), 这 4 种类型的引用与 GC 有着密切的关系, 让我们逐一来看它们的定义和使用场景 :

     1. Strong Reference

     StrongReference 是 Java 的默认引用实现,  它会尽可能长时间的存活于 JVM 内， 当没有任何对象指向它时 GC 执行后将会被回收  

@Test 
public void strongReference() { 
    Object referent = new Object(); 

    /** 
    * 通过赋值创建 StrongReference 
    */ 
    Object strongReference = referent; 

    assertSame(referent, strongReference); 

    referent = null; 
    System.gc(); 

    /** 
    * StrongReference 在 GC 后不会被回收 
    */ 
    assertNotNull(strongReference); 
}

 

    2. WeakReference & WeakHashMap

      WeakReference， 顾名思义,  是一个弱引用,  当所引用的对象在 JVM 内不再有强引用时, GC 后 weak reference 将会被自动回收。

@Test 
public void weakReference() { 
     Object referent = new Object(); 
     WeakReference<Object> weakRerference = new WeakReference<Object>(referent); 

     assertSame(referent, weakRerference.get()); 

     referent = null; 
     System.gc(); 

     /** 
     * 一旦没有指向 referent 的强引用, weak reference 在 GC 后会被自动回收 
     */ 
     assertNull(weakRerference.get()); 
}

      WeakHashMap 使用 WeakReference 作为 key， 一旦没有指向 key 的强引用, WeakHashMap 在 GC 后将自动删除相关的 entry。

      @Test 
      public void weakHashMap() throws InterruptedException { 
            Map<Object, Object> weakHashMap = new WeakHashMap<Object, Object>(); 
            Object key = new Object(); 
            Object value = new Object(); 
            weakHashMap.put(key, value); 

            assertTrue(weakHashMap.containsValue(value)); 

            key = null; 
            System.gc(); 

            /** 
             * 等待无效 entries 进入 ReferenceQueue 以便下一次调用 getTable 时被清理 
            */ 
             Thread.sleep(1000); 

             /** 
             * 一旦没有指向 key 的强引用, WeakHashMap 在 GC 后将自动删除相关的 entry 
             */ 
             assertFalse(weakHashMap.containsValue(value)); 
      }

    3. SoftReference

     SoftReference 于 WeakReference 的特性基本一致， 最大的区别在于 SoftReference 会尽可能长的保留引用直到 JVM 内存不足时才会被回收(虚拟机保证), 这一特性使得 SoftReference 非常适合缓存应用。  

@Test 
public void softReference() { 
     Object referent = new Object(); 
     SoftReference<Object> softRerference = new SoftReference<Object>(referent); 

     assertNotNull(softRerference.get()); 

     referent = null; 
     System.gc(); 

     /** 
     * soft references 只有在 jvm OutOfMemory 之前才会被回收, 所以它非常适合缓存应用 
     */ 
     assertNotNull(softRerference.get()); 
}

    4. PhantomReference
        作为本文主角， Phantom Reference(幽灵引用) 与 WeakReference 和 SoftReference 有很大的不同, 因为它的 get() 方法永远返回 null, 这也正是它名字的由来

@Test 
public void phantomReferenceAlwaysNull() { 
    Object referent = new Object(); 
    PhantomReference<Object> phantomReference = new PhantomReference<Object>(referent, new         ReferenceQueue<Object>()); 

    /** 
    * phantom reference 的 get 方法永远返回 null 
    */ 
    assertNull(phantomReference.get()); 
}

    诸位可能要问, 一个永远返回 null 的 reference 要来何用, 请注意构造 PhantomReference 时的第二个参数 ReferenceQueue(事实上 WeakReference & SoftReference 也可以有这个参数)，PhantomReference 唯一的用处就是跟踪 referent 何时被 enqueue 到 ReferenceQueue 中。

     5. RererenceQueue
         当一个 WeakReference 开始返回 null 时， 它所指向的对象已经准备被回收， 这时可以做一些合适的清理工作. 将一个 ReferenceQueue 传给一个 Reference 的构造函数， 当对象被回收时， 虚拟机会自动将这个对象插入到 ReferenceQueue 中， WeakHashMap 就是利用 ReferenceQueue 来清除 key 已经没有强引用的 entries。

@Test 
public void referenceQueue() throws InterruptedException { 
    Object referent = new Object(); 
    ReferenceQueue<Object> referenceQueue = new ReferenceQueue<Object>(); 
    WeakReference<Object> weakReference = new WeakReference<Object>(referent, referenceQueue); 

    assertFalse(weakReference.isEnqueued()); 
    Reference<? extends Object> polled = referenceQueue.poll(); 
    assertNull(polled); 

    referent = null; 
    System.gc(); 

    assertTrue(weakReference.isEnqueued()); 
    Reference<? extends Object> removed = referenceQueue.remove(); 
    assertNotNull(removed); 
}

    6. PhantomReference vs WeakReference
         PhantomReference 有两个好处， 其一， 它可以让我们准确地知道对象何时被从内存中删除， 这个特性可以被用于一些特殊的需求中(例如 Distributed GC， XWork 和 google-guice 中也使用 PhantomReference 做了一些清理性工作)。

         其二， 它可以避免 finalization 带来的一些根本性问题, 上文提到 PhantomReference 的唯一作用就是跟踪 referent 何时被 enqueue 到 ReferenceQueue 中, 但是 WeakReference 也有对应的功能, 两者的区别到底在哪呢 ?

         这就要说到 Object 的 finalize 方法, 此方法将在 gc 执行前被调用, 如果某个对象重载了 finalize 方法并故意在方法内创建本身的强引用, 这将导致这一轮的 GC 无法回收这个对象并有可能引起任意次 GC， 最后的结果就是明明 JVM 内有很多 Garbage 却 OutOfMemory， 使用 PhantomReference 就可以避免这个问题， 因为 PhantomReference 是在 finalize 方法执行后回收的，也就意味着此时已经不可能拿到原来的引用, 也就不会出现上述问题, 当然这是一个很极端的例子, 一般不会出现。