Java中的四种引用以及ReferenceQueue和WeakHashMap的使用示例
简介：
本文主要介绍JAVA中的四种引用： StrongReference(强引用)、SoftReferenc(软引用)、WeakReferenc(弱引用)、PhantomReference(虚引用)的作用。同时我们还将介绍ReferenceQueue和WeakHashMap的功能和使用示例。
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1. JAVA中的四种引用
四种引用中，软引用、若引用、虚引用都需要相关类来创建。创建的时候都需要传递一个对象，然后通过引用的get方法获取真正的对象。
1.1 StrongReference(强引用)
强引用就是我们一般在程序中引用一个对象的方式
Object obj = new Object();
obj就是一个强引用。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，也不会靠回收具有强引用的对象来解决内存不足的问题。
1.2 SoftReference(软引用)
软引用的创建要借助于java.lang.ref包下的SoftReferenc类。当JVM进行垃圾回收时，只有在内存不足的时候JVM才会回收仅有软引用指向的对象所占的空间。
package javalearning;
import java.lang.ref.SoftReference;
/*
* 虚拟机参数配置
* -Xms256m
* -Xmx1024m
*/
public class SoftReferenceDemo {
public static void main(String[] args){
/*软引用对象中指向了一个长度为300000000个元素的整形数组*/
SoftReference<int[]> softReference =
new SoftReference<int[]>(new int[300000000]);
/*主动调用一次gc,由于此时JVM的内存够用，此时softReference引用的对象未被回收*/
System.gc();
System.out.println(softReference.get());
/*消耗内存,会导致一次自动的gc,此时JVM的内存不够用
*就回收softReference对象中指向的数组对象*/
int[] strongReference = new int[100000000];
System.out.println(softReference.get());
}
}
我们应该注意到，上面的代码中名为softReference的引用指向了一个
SoftReference对象，这个指向还是一个强引用类型。而SoftReference对象中指向int类型数组的引用就是一个软引用类型了。
运行结果
[I@2a139a55 null
1.3 WeakReference(弱引用)
弱引用的创建要借助于java.lang.ref包下的WeakReferenc类。当JVM进行垃圾回收时，无论内存是否充足，都会回收仅被弱引用关联的对象。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被弱引用指向的对象。
package javalearning;
import java.lang.ref.WeakReference;
public class WeakReferenceDemo {
public static void main(String[] args){
/*若引用对象中指向了一个长度为1000个元素的整形数组*/
WeakReference<String[]> weakReference =
new WeakReference<String[]>(new String[1000]);
/*未执行gc,目前仅被弱引用指向的对象还未被回收，所以结果不是null*/
System.out.println(weakReference.get());
/*执行一次gc,即使目前JVM的内存够用,但还是回收仅被弱引用指向的对象*/
System.gc();
System.out.println(weakReference.get());
}
}
同理，上面的代码中名为weakReference的引用指向了一个
WeakReference对象，这个指向还是一个强引用类型。而WeakReference对象中指向String类型数组的引用就是一个弱引用类型了。
运行结果
[Ljava.lang.String;@2a139a55 null
1.4 PlantomReference(虚引用)
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。创建一个虚引用对象时必须还要传递一个引用队列（ReferenceQueue）。
2. ReferenceQueue（引用队列）简介
当gc（垃圾回收线程）准备回收一个对象时，如果发现它还仅有软引用(或弱引用，或虚引用)指向它，就会在回收该对象之前，把这个软引用（或弱引用，或虚引用）加入到与之关联的引用队列（ReferenceQueue）中。如果一个软引用（或弱引用，或虚引用）对象本身在引用队列中，就说明该引用对象所指向的对象被回收了。
当软引用（或弱引用，或虚引用）对象所指向的对象被回收了，那么这个引用对象本身就没有价值了，如果程序中存在大量的这类对象（注意，我们创建的软引用、弱引用、虚引用对象本身是个强引用，不会自动被gc回收），就会浪费内存。因此我们这就可以手动回收位于引用队列中的引用对象本身。
除了上面代码展示的创建引用对象的方式。软、弱、虚引用的创建还有另一种方式，即在创建引用的同时关联一个引用队列。
SoftReference(T referent, ReferenceQueue<? super T> q) WeakReference(T referent, ReferenceQueue<? super T> q) PhantomReference(T referent, ReferenceQueue<? super T> q)
下面的示例中我们利用ReferenceQueue回收SoftReference对象本身。
package javalearning;
import java.lang.ref.ReferenceQueue;
import java.lang.ref.SoftReference;
public class ReferenceQueneDemo {
@SuppressWarnings({ "rawtypes", "unchecked" })
public static void main(String[] args){
/*创建引用队列*/
ReferenceQueue<SoftReference<int[]>> rq =
new ReferenceQueue<SoftReference<int[]>>();
/*创建一个软引用数组，每一个对象都是软引用类型*/
SoftReference<int[]>[] srArr = new SoftReference[1000];
for(int i = 0; i < srArr.length; i++){
srArr[i] = new SoftReference(new int[300000], rq);
}
/*（可能）在gc前保留下了三个强引用*/
int[] arr1 = srArr[30].get();
int[] arr2 = srArr[60].get();
int[] arr3 = srArr[90].get();
/*占用内存，会导致一次gc，使得只有软引用指向的对象被回收*/
int[] strongRef = new int[200000000];
Object x;
int n = 0;
while((x = rq.poll()) != null){
int idx = 0;
while(idx < srArr.length){
if(x == srArr[idx]){
System.out.println("free " + x);
srArr[idx] = null; /*手动释放内存*/
n++;
break;
}
idx++;
}
}
/*当然最简单的方法是通过isEnqueued()判断一个软引用方法是否在
* 队列中，上面的方法只是举例
int n = 0;
for(int i = 0; i < srArr.length; i++){
if(srArr[i].isEnqueued()){
srArr[i] = null;
n++;
}
}
*/
System.out.println("recycle " + n + " SoftReference Object");
}
}
运行结果（省略部分结果）
…… …… …… free java.lang.ref.SoftReference@cc285f4 free java.lang.ref.SoftReference@55f3ddb1 free java.lang.ref.SoftReference@8bd1b6a free java.lang.ref.SoftReference@18be83e4 free java.lang.ref.SoftReference@cb5822 recycle 997 SoftReference Object
从上面的例子中可以看出，我们回收SoftReference对象的效率并不高。原因是每从队列中取出一个SoftReference引用，就是我们必须和SoftReference[]数组中的每一个对象逐个比较。这样的查找方式显然不及HashMap，所以我们自然想到构建一个引用类型的HashMap来解决这个问题。而实际上JDK中已经提供了一个具有这样功能的类，即WeakHashMap。
3. WeakHashMap简介
WeakHahsMap 的实现原理简单来说就是HashMap里面的条目 Entry继承了 WeakReference，那么当 Entry 的 key 不再被使用（即，引用对象不可达）且被 GC 后，那么该 Entry 就会进入到 ReferenceQueue 中。当我们调用WeakHashMap 的get和put方法会有一个副作用，即清除无效key对应的Entry。这个过程就和上面的代码很类似了，首先会从引用队列中取出一个Entry对象，然后在HashMap中查找这个Entry对象的位置，最后把这个 Entry 从 HashMap中删除，这时key和value对象都被回收了。重复这个过程直到队列为空。
最后说明一点，WeakHashMap是线程安全的。
package javalearning;
import java.util.WeakHashMap;
public class WeakHashMapDemo {
public static void main(String[] args){
WeakHashMap<String, byte[]> whm = new WeakHashMap<String, byte[]>();
String s1 = new String("s1");
String s2 = new String("s2");
String s3 = new String("s3");
whm.put(s1, new byte[100]);
whm.put(s2, new byte[100]);
whm.put(s3, new byte[100]);
s2 = null;
s3 = null;
/*此时可能还未执行gc,所以可能还可以通过仅有弱引用的key找到value*/
System.out.println(whm.get("s1"));
System.out.println(whm.get("s2"));
System.out.println(whm.get("s3"));
System.out.println("-------------------");
/*执行gc,导致仅有弱引用的key对应的entry(包括value)全部被回收*/
System.gc();
System.out.println(whm.get("s1"));
System.out.println(whm.get("s2"));
System.out.println(whm.get("s3"));
}
}
运行结果
[B@2a139a55 [B@15db9742 [B@6d06d69c ------------------- [B@2a139a55 null null
