Java Reference概念整理

转自 http://kenwublog.com/arrange-java-reference-concept

Strong Reference, 强引用，即java标准的引用方式，表示GC从 Root Set 开始向下扫描，可以找到对应的 Strong Reference。

Referent，被包装为Weak, Soft, Phantom Reference的对象引用称之为 referent。后面的内容会多次提到这个名词。

Weak Reference, 弱引用。当一个referent，在运行时没有同时被强，软引用，只被Weak Reference自身引用，且Weak Reference从 Root Set 可达，则该referent会被GC回收。WR的作用，一般是为referent提供一个被回收的凭据，结合ReferenceQueue可以让程序在第一时间得到referent被回收的事件，从而做一些额外的clean操作。(如果对ReferenceQueue作用和回调感兴趣，可以先看最下面的 ReferenceQueue 简介)

Soft Reference, 软引用。它是除strong外，生命周期最长的一种 Reference，只有当JVM Heap中充满Strong References, Full GC无法为heap腾出更多空间而即将抛出OOM时，SoftReferences会被GC回收。SR的作用一般是用作不限大小的 cache（无需remove）。
比如将其 Soft Reference 无限地放入 hashmap 中，而不关心hashmap内的对象数量是否会撑爆heap，也不需要手动 remove。

当Heap容量达到OOM触发条件时，VM会自动回收该map里的所有Soft Reference.

Phantom Reference, 是一种特殊的Reference，正如他的名字所表达的，幻影引用，他可以像幻影一样附着在referent上。
当GC在遍历引用关系时，如果发现被Phantom reference包装过的referent不存在strong, weak, soft引用时(就是除phantom外没有任何引用，幻影的由来)，GC会将 phantom reference 放入 Reference queue。以便程序在另一边通过queue的remove/poll方法，感知referent被GC回收的事件。(如果对ReferenceQueue作用和回调感兴趣，可以先看最下面 ReferenceQueue 简介)
另外，我们知道，GC在回收对象前会先调用对象自身的finalize()方法，如果它有实现的话，然后再清掉内存。而Phantom Reference的回调(enqueue)是在对象的finalize后，回收前触发。这跟 WeakReference不一样。WR是在回收后才通知的。在这个特殊的阶段可以做一些特殊的clean操作。

为什么 Phantom Reference 的get总是返回null？
因为Phantom reference想做到幻影（除自身外，不跟其他任何引用有关联），所以不允许程序能通过自身的get方法得到referent，而破坏幻影的初衷。

package com.kenwublog.reference;
 
import java.lang.ref.PhantomReference;
import java.lang.ref.Reference;
import java.lang.ref.ReferenceQueue;
import java.util.HashMap;
 
public class PhantomReferenceTest {
 
public static void main(String[] args) {
ReferenceQueue referenceQueue = new ReferenceQueue();
Object object = new Object() {
public String toString() {
return "Referenced Object";
}
};
 
Object data = new Object() {
public String toString() {
return "Data";
}
};
 
HashMap map = new HashMap();
Reference reference = null;
System.out.println("Testing PhantomReference.");
reference = new PhantomReference(object, referenceQueue);
 
map.put(reference, data);
 
System.out.println(reference.get()); // null
System.out.println(map.get(reference)); // Data
System.out.println(reference.isEnqueued()); // false
 
System.gc();
System.out.println(reference.get()); // null
System.out.println(map.get(reference)); // Data
System.out.println(reference.isEnqueued()); // false
 
object = null;
data = null;
 
System.gc();
System.out.println(reference.get()); // null
System.out.println(map.get(reference)); // Data
System.out.println(reference.isEnqueued()); // true, because object has been reclaimed.
}
 }

ReferenceQueue 一种当 weak, soft, phantom的referent被GC回收后，提供事件回调的接口。需要在实例化三大reference时，通过构造函数传入，phantom reference是强制需要传入的，weak和soft可不传。

回调过程：
GC回收referent后(phantom是在回收前，finalize后)，将reference enqueue到RQ中，程序通过调用RQ的remove方法来感知reference被GC回收的事件。
remove方法是阻塞的，当没有referent被回收时（GC未调用enqueue），remove方法会一直挂起线程，当有referent被回收时，该方法返回 referent对应的reference对象。
同样，RQ也提供了一个非阻塞的方法 poll，但这样就做不到实时回调了。


实例
package com.kenwublog.reference;
 
import java.lang.ref.Reference;
import java.lang.ref.ReferenceQueue;
import java.lang.ref.WeakReference;
import java.util.HashMap;
 
public class ReferenceQueueTest {
 
public static void main(String[] args) {
final ReferenceQueue q = new ReferenceQueue();
String str = new String("AK47");
WeakReference wr = new WeakReference(str, q);
 
Thread t = new Thread(){
@Override
public void run() {
try {
Reference reference = q.remove();
System.out.println(reference + " event fired.");
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
};
t.setDaemon(true);
t.start();
System.out.println("Reference Queue is listening.");
 
str = null; // clear strong reference
System.out.println("Ready to gc");
System.gc();
try {
Thread.sleep(2000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("wr.get: " + wr.get());
} 
}