详解JAVA 弱引用

定义

弱引用是使用weakreference创建的引用，弱引用也是用来描述非必需对象的，它是比软引用更弱的引用类型。在发生gc时，只要发现弱引用，不管系统堆空间是否足够，都会将对象进行回收。

说明

弱引用，从名字来看就很弱嘛，这种引用指向的对象，一旦在gc时被扫描到，就逃脱不了被回收的命运。

但是，弱引用指向的对象也并不一定就马上会被回收，如果弱引用对象较大，直接进到了老年代，那么就可以苟且偷生到full gc触发前，所以弱引用对象也可能存在较长的一段时间。一旦一个弱引用对象被垃圾回收器回收，便会加入到一个引用队列中（如果有的话）。

弱引用对应的类为weakreference，举个栗子：

string s = new string("frank"); 
weakreference<string> weakref = new weakreference<string>(s);
s = null;

这里我们把s设置为null后，字符串对象便只有弱引用指向它。

弱可达

如果一个对象与gc roots之间仅存在弱引用，则称这个对象为弱可达(weakly reachable)对象。

注意

在垃圾回收器回收一个对象前，weakreference类所提供的get方法会返回其引用对象的强引用，一旦垃圾回收器回收掉该对象之后，get方法将返回null。所以在获取弱引用对象的代码中，一定要判断是否为null，以免出现nullpointerexception异常导致应用崩溃。

下面的代码会让s再次持有对象的强引用：

s = weakref.get();

如果在weakref包裹的对象被回收前，用强引用关联该对象，那这个对象又会变成强可达状态。

来看一个简单的栗子了解一下weakreference引用的对象是何时被回收的：

public class weakreferencetest {
 private static final list<object> test_data = new linkedlist<>();
 private static final referencequeue<testclass> queue = new referencequeue<>();

 public static void main(string[] args) {
  testclass obj = new testclass("test");
  weakreference<testclass> weakref = new weakreference<>(obj, queue);
  //可以重新获得oomclass对象，并用一个强引用指向它
  //oomobj = weakref.get();

  // 该线程不断读取这个弱引用，并不断往列表里插入数据，以促使系统早点进行gc
  new thread(() -> {
   while (true) {
    test_data.add(new byte[1024 * 100]);
    try {
     thread.sleep(1000);
    } catch (interruptedexception e) {
     e.printstacktrace();
     thread.currentthread().interrupt();
    }
    system.out.println(weakref.get());
   }
  }).start();

  // 这个线程不断读取引用队列，当弱引用指向的对象呗回收时，该引用就会被加入到引用队列中
  new thread(() -> {
   while (true) {
    reference<? extends testclass> poll = queue.poll();
    if (poll != null) {
     system.out.println("--- 弱引用对象被jvm回收了 ---- " + poll);
     system.out.println("--- 回收对象 ---- " + poll.get());
    }
   }
  }).start();

  //将强引用指向空指针 那么此时只有一个弱引用指向testclass对象
  obj = null;

  try {
   thread.currentthread().join();
  } catch (interruptedexception e) {
   e.printstacktrace();
   system.exit(1);
  }
 }

 static class testclass {
  private string name;

  public testclass(string name) {
   this.name = name;
  }

  @override
  public string tostring() {
   return "testclass - " + name;
  }
 }
}

设置一下虚拟机参数：

-verbose:gc -xms4m -xmx4m -xmn2m

运行结果如下：

[gc (allocation failure) 1017k->464k(3584k), 0.0014345 secs]
[gc (allocation failure) 1483k->536k(3584k), 0.0017221 secs]
[gc (allocation failure) 1560k->648k(3584k), 0.0036572 secs]
testclass - test
testclass - test
testclass - test
[gc (allocation failure) 1621k->984k(3584k), 0.0011455 secs]
--- 弱引用对象被jvm回收了 ---- java.lang.ref.weakreference@51a947fe
--- 回收对象 ---- null
null
...省略n个null和几次gc信息
[full gc (ergonomics) 2964k->2964k(3584k), 0.0025450 secs]
[full gc (allocation failure) 2964k->2964k(3584k), 0.0021907 secs]
java.lang.outofmemoryerror: java heap space
dumping heap to java_pid6860.hprof ...
heap dump file created [3912229 bytes in 0.011 secs]
exception in thread "thread-0" java.lang.outofmemoryerror: java heap space
at weakhashmap.weakreferencetest.lambda$main$0(weakreferencetest.java:22)
at weakhashmap.weakreferencetest$$lambda$1/764977973.run(unknown source)
at java.lang.thread.run(thread.java:748)

可以看到，其实弱引用也并不是一发生gc就被回收掉了。

应用场景

如果一个对象仅仅是偶尔使用，并且希望在使用时随时就能获取到，但又不想影响此对象的垃圾收集，那么你应该用 weakreference 来引用该对象。

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。

一般来说，很少直接使用weakreference，而是使用weakhashmap。在weakhashmap中，内部有一个引用队列，插入的元素会被包裹成weakreference，并加入队列中，用来做缓存再合适不过。

在tomcat的缓存中，其实就用到了weakhashmap：

public final class concurrentcache<k,v> {
 private final int size;
 private final map<k,v> eden;
 private final map<k,v> longterm;

 public concurrentcache(int size) {
  this.size = size;
  this.eden = new concurrenthashmap<>(size);
  this.longterm = new weakhashmap<>(size);
 }

 public v get(k k) {
  // 先从eden中取
  v v = this.eden.get(k);
  if (v == null) {
   // 如果取不到再从longterm中取
   synchronized (longterm) {
    v = this.longterm.get(k);
   }
   // 如果取到则重新放到eden中
   if (v != null) {
    this.eden.put(k, v);
   }
  }
  return v;
 }

 public void put(k k, v v) {
  if (this.eden.size() >= size) {
   // 如果eden中的元素数量大于指定容量，将所有元素放到longterm中
   synchronized (longterm) {
    this.longterm.putall(this.eden);
   }
   this.eden.clear();
  }
  this.eden.put(k, v);
 }
}

这里有eden和longterm的两个map，如果对jvm堆了解的话，可以看出tomcat在这里是使用concurrenthashmap和weakhashmap做了类似分代缓存的操作。

在put方法里，在插入键值对时，先检查eden缓存的容量是否超出设定的大小。如果没有则直接放入eden缓存，如果超了则锁定longterm将eden中所有的键值对都放入longterm。再将eden清空并插入该键值对。

在get方法中，也是优先从eden中找对应的key，如果没有则进入longterm缓存中查找，找到后就加入eden缓存并返回。

经过这样的设计，相对常用的对象都能在eden缓存中找到，不常用（有可能被销毁的对象）的则进入longterm缓存。而longterm的key的实际对象没有其他引用指向它时，gc就会自动回收heap中该弱引用指向的实际对象，并将弱引用放入其引用队列中。

弱引用与软引用对比

弱引用与软引用的区别在于：

1. 只具有弱引用的对象拥有更短暂的生命周期。
2. 被垃圾回收器回收的时机不一样，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。而被软引用关联的对象只有在内存不足时才会被回收。
3. 弱引用不会影响gc，而软引用会一定程度上对gc造成影响。

相似之处：都是用来描述非必需对象的。

那么什么时候用softreference，什么时候用weakreference呢？

如果缓存的对象是比较大的对象，使用频率相对较高的对象，那么使用softreference会更好，因为这样能让缓存对象有更长的生命周期。

如果缓存对象都是比较小的对象，使用频率一般或者相对较低，那么使用weakreference会更合适。

当然，如果实在不知道选哪个，一般而言，用作缓存时使用weakhashmap都不会有太大问题。

小结

• 弱引用是比软引用更弱的引用类型
• 弱引用不能延长对象的生命周期，一旦对象只剩下弱引用，它就随时可能会被回收
• 可以通过弱引用获取对象的强引用
• 弱引用适合用作缓存

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