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