Java内存回收机制--Java引用的种类（强引用、弱引用、软引用、虚引用）

写在前面：对Java有一定认识的人都知道，Java有垃圾回收机制，尽管如此，Java同样也会出现内存泄露，本篇系列主要介绍Java的内存回收机制，以及介绍开发过程中内存管理的小技巧。本文参考《疯狂Java-突破程序员基本功的16课》

Java内存管理包括内存分配（创建Java对象）和内存回收（回收Java对象）。这两者都是JVM（Java虚拟机）自动完成，正因如此，可能很多程序员不再关心程序的内存分配。而作为一把双刃剑，这种自动处理的机制一方面减少了Java程序开发的难度，另一方面也加重了JVM的工作负担，使得Java程序运行相对较慢。如果程序员不注意代码的优化，不注重减轻JVM内存分配的负担，很容易降低程序性能，甚至会导致程序因为内存泄露而停止运行。

一、对象在内存中的状态

JVM是否回收一个对象的标准：是否还有引用变量引用该对象？只要有引用变量引用该对象，垃圾回收机制就不会回收它。

JVM的内存回收机制采用有向图方式来管理内存中的对象，对于单线程程序而言，整个程序基于main线程，那么该有向图就是以main进程为顶点的有向图。在此有向图中，main顶点可达的对象处于可达状态，垃圾回收机制不会回收它们，如果在有向图中，main线程不可达，则垃圾回收机制就会主动回收它了。

如下程序：

class Node {
	Node next;

	String name;

	public Node(String name) {
		this.name = name;
	}
}

public class NodeTest {

	public static void main(String[] args) {
		Node n1 = new Node("第一个节点");
		Node n2 = new Node("第二个节点");
		Node n3 = new Node("第三个节点");

		n1.next = n2;
		n3 = n2;
		n2 = null;
	}

}

对应的有向图如下：

则很明显，“第三个Node对象”不可达，接下来就会成为垃圾回收机制的回收对象。

另外值得一提的是，有向图的管理方式能有效解决循环引用的问题，例如，有三个对象相互引用，A引用B，B引用C，C引用A，他们都没有失去引用，但是只要从有向图的顶点（也就是进程根）不可达，则垃圾回收机制就会回收它们。采用有向图管理内存对象，有较高精度，但缺点是效率较低。

根据对象在有向图中的状态，可以分为三种：

• 可达状态：对象被创建后有一个以上的引用变量引用它。程序可通过该引用变量来调用该对象的属性和方法。
• 可恢复状态：程序中某个对象不再有任何引用变量引用，它将进入可恢复状态，此时有向图的起始顶点不能导航到该对象。在该状态下，系统的垃圾回收机制准备回收该对象所占用 的内存。在回收该对象之前，系统会调用可恢复状态的对象的finalize方法进行资源清理，如果系统在调用finalize方法重新让一个以上引用变量引用该对象，则这个对象会再次变为可达状态；否则，该对象进入不可达状态。
• 不可达状态：对象 的所有关联都被切断，且系统调用对象的finalize方法依然没有使对象变为可达状态，那这个对象将永久性地失去引用，变成不可达状态。只有当一个对象处于不可达状态时，系统才会真正回收该对象所占有的资源。

三种状态的转换图如下所示：

值得注意的是，一个对象可以被一个方法局部变量所引用，也可以被其他类的类变量引用，或者被其他对象的实例变量所引用。当某个对象被其他类的类变量所引用时，只有该类被销毁后，该对象才会进入可恢复状态。当某个对象被其他对象的实例变量引用时，只有当引用该对象的对象被销毁或进入不可达状态时，该对象才会进入不可达状态。

二、几种引用方式：

在JDK1.2版本开始，把对象的引用分为四种级别，从而使程序更加灵活地控制对象的生命周期，这四种级别由高到低依次为：强引用、软引用、弱引用、虚引用。相关对应的类图结构如下：

1、强引用

以前我们使用的大部分引用实际上都是强引用，这是使用最普遍的引用。如果一个对象具有强引用，就表示它处于可达状态，垃圾回收器绝不会回收它，即便系统内存非常紧张，Java虚拟机宁愿抛出OutOfMemoryError错误，使程序异常终止，也不会回收被强引用所引用的对象。因此，强引用是造成Java内存泄露的主要原因之一。

2、软引用（SoftReference）

当一个对象只具有软引用，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。

3．弱引用（WeakReference）

如果一个对象只具有弱引用，那就类似于是可有可无的。弱引用和软引用很像，但弱引用的引用级别更低。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较低的线程， 因此不一定会很快发现那些只具有弱引用的对象，即只有等到系统垃圾回收机制运行时才会被回收。

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。

4．虚引用（PhantomReference）

 "虚引用"顾名思义，就是形同虚设，与其他几种引用都不同，虚引用并不会决定对象的生命周期。如果一个对象仅持有虚引用，那么它就和没有任何引用一样，在任何时候都可能被垃圾回收，程序也并不能通过虚引用访问被引用的对象。

虚引用主要用来跟踪对象被垃圾回收的状态。虚引用与软引用和弱引用的一个区别在于：虚引用不能单独使用，虚引用必须和引用队列（ReferenceQueue）联合使用。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。程序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。

各类引用说明对比如下表所示：

使用这些引用类可以避免程序执行期间将对象留在内存中。如果以软引用、弱引用或虚引用的方式引用对象，垃圾回收器就能随意地释放对象。如果希望尽可能减小程序在其生命周期中所占用的内存大小，这些引用类就很有好处。

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