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java-Reference

程序员文章站 2024-02-11 19:35:28
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ReferenceQueue
引用队列，在检测到适当的可达性变化之后 垃圾回收器注册把引用对象加入该队列

ReferenceQueue是作为 JVM GC与上层Reference对象管理之间的一个消息传递方式，允许注册一些监听器来获取回收状态

java-Reference

Reference接口
引用对象的抽象基类。这个类定义了所有引用对象的共同操作。因为引用对象是与垃圾收集器密切合作实现，这个类可以不可直接实现子类。

一个Reference实例有以下4种内部状态：

Active: 当垃圾回收器探测到引用的可达性变成某些适合的状态的时候，
它会将该内部状态变成Pending或者Inactive，
这取决于在实例化这个Reference对象的时候是否传入了ReferenceQueue。
如果传入了，那么它同时会将该实例添加到pending-Reference列表中。
新创建的引用对象是Active

Pending: 一个在Pend-Reference列表中的元素，正等待着Reference-handler线程将他入队。
未注册的实例不会出现在这个状态。

Enqueued: 当一个实例从它的ReferenceQueue中被删除时，它变成Inactive状态。
未注册的instance不会处于这种状态

Inactive：不会再做任何改变。一旦某个实例变成了Inactive态，它的状态不会再有任何改变。

该状态在队列和下一个字段中编码如下：

Active: queue = ReferenceQueue with which instance is registered, or
ReferenceQueue.NULL if it was not registered with a queue; next =
null.

Pending: queue = ReferenceQueue with which instance is registered;
next = this

Enqueued: queue = ReferenceQueue.ENQUEUED; next = Following instance
in queue, or this if at end of list.

Inactive: queue = ReferenceQueue.NULL; next = this.

以这种方式，收集器只需要检查next字段，以决定是否该引用实例应该被特殊处理
如果下一个字段是null,说明该实例为active
如果不是null,说明回收器应该立刻处理该实例

为了保证并发收集器可以再不受应用程序线程调用enqueue()发放的影响下，发现active reference收集器应该吧已经发现的objects通过discovered 字段表示。

几种实现

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。只要引用存在，垃圾回收器永远不会回收

Object object = new Object();
String str = "hello";

//可直接通过obj取得对应的对象 如obj.equels(new Object());
而这样 obj对象对后面new Object的一个强引用，只有当obj这个引用被释放之后，对象才会被释放掉，这也是我们经常所用到的编码形式。

强引用是使用最普遍的引用。如果一个对象具有强引用，那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，也不会靠随意回收具有强引用的对象来解决内存不足的问题。 ps：强引用其实也就是我们平时A a = new A()这个意思。
强引用就是指在程序代码之中普遍存在的，比如下面这段代码中的object和str都是强引用：
　只要某个对象有强引用与之关联，JVM必定不会回收这个对象，即使在内存不足的情况下，JVM宁愿抛出OutOfMemory错误也不会回收这种对象。比如下面这段代码：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        new Main().fun1();
    }

    public void fun1() {
        Object object = new Object();
        Object[] objArr = new Object[1000];
    }
}

　当运行至Object[] objArr = new Object[1000];这句时，如果内存不足，JVM会抛出OOM错误也不会回收object指向的对象。不过要注意的是，当fun1运行完之后，object和objArr都已经不存在了，所以它们指向的对象都会被JVM回收。

　　如果想中断强引用和某个对象之间的关联，可以显示地将引用赋值为null，这样一来的话，JVM在合适的时间就会回收该对象。

　　比如Vector类的clear方法中就是通过将引用赋值为null来实现清理工作的
　　
FinalReference
作为 java.lang.ref 里的一个不能被公开访问的类，实际上，FinalReference 代表的正是 Java 中的强引用。
用来实现finalization

Soft Reference ，

可根据垃圾清除响应内存需求的收集器。软引用最常用实现内存敏感的缓存。
*

假设垃圾收集器在某个时间点确定可达到的< / a>。在那时，它可以选择原子化地清除所有的软。
*对该对象的引用以及对其他对象的所有软引用，通过该链可到达的软可到达对象强引用。在同一时间或在稍后的时间，它将，将已注册的新的软引用排队引用队列。

*< P>软引用对象的所有软引用被保证具有在虚拟机抛出OOM之前清除，否则，没有限制。
软引用将被清除的时间或集合的顺序，这样的对不同对象的引用将被清除。虚拟机
然而，鼓励实施对清算的偏见。最近创建的或最近使用的软引用。

*> P>此类的直接实例可用于实现简单的缓存；此类或派生子类也可用于更大的数据结构中。
实现更复杂的缓存。只要一个软引用是强可到达的，也就是说，实际上在使用中，软的
引用将不被清除。因此，复杂的高速缓存可以，例如，防止其最近使用的条目被丢弃，对这些条目的强引用，留下剩下的条目垃圾回收者自行决定丢弃。

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。
非必须引用，内存溢出之前进行回收，可以通过以下代码实现
Object obj = new Object();
SoftReference sf = new SoftReference(obj);
obj = null;
sf.get();//有时候会返回null
这时候sf是对obj的一个软引用，通过sf.get()方法可以取到这个对象，当然，当这个对象被标记为需要回收的对象时，则返回null；
软引用主要用户实现类似缓存的功能，在内存足够的情况下直接通过软引用取值，无需从繁忙的真实来源查询数据，提升速度；当内存不足时，自动删除这部分缓存数据，从真正的来源查询这些数据。

如果一个对象只具有软引用，则内存空间足够，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（下文给出示例）。
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器回收，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

使用软引用构建敏感数据的缓存
1 为什么需要使用软引用

首先，我们看一个雇员信息查询系统的实例。我们将使用一个Java语言实现的雇员信息查询系统查询存储在磁盘文件或者数据库中的雇员人事档案信息。作为一个用户，我们完全有可能需要回头去查看几分钟甚至几秒钟前查看过的雇员档案信息(同样，我们在浏览WEB页面的时候也经常会使用“后退”按钮)。这时我们通常会有两种程序实现方式:一种是把过去查看过的雇员信息保存在内存中，每一个存储了雇员档案信息的Java对象的生命周期贯穿整个应用程序始终;另一种是当用户开始查看其他雇员的档案信息的时候，把存储了当前所查看的雇员档案信息的Java对象结束引用，使得垃圾收集线程可以回收其所占用的内存空间，当用户再次需要浏览该雇员的档案信息的时候，重新构建该雇员的信息。很显然，第一种实现方法将造成大量的内存浪费，而第二种实现的缺陷在于即使垃圾收集线程还没有进行垃圾收集，包含雇员档案信息的对象仍然完好地保存在内存中，应用程序也要重新构建一个对象。我们知道，访问磁盘文件、访问网络资源、查询数据库等操作都是影响应用程序执行性能的重要因素，如果能重新获取那些尚未被回收的Java对象的引用，必将减少不必要的访问，大大提高程序的运行速度。

2 如果使用软引用
SoftReference的特点是它的一个实例保存对一个Java对象的软引用，该软引用的存在不妨碍垃圾收集线程对该Java对象的回收。也就是说，一旦SoftReference保存了对一个Java对象的软引用后，在垃圾线程对这个Java对象回收前，SoftReference类所提供的get()方法返回Java对象的强引用。另外，一旦垃圾线程回收该Java对象之后，get()方法将返回null。
看下面代码:

MyObject aRef = new
MyObject();

SoftReference aSoftRef=new SoftReference(aRef);
此时，对于这个MyObject对象，有两个引用路径，一个是来自SoftReference对象的软引用，一个来自变量aReference的强引用，所以这个MyObject对象是强可及对象。
随即，我们可以结束aReference对这个MyObject实例的强引用:

aRef = null;

此后，这个MyObject对象成为了软可及对象。如果垃圾收集线程进行内存垃圾收集，并不会因为有一个SoftReference对该对象的引用而始终保留该对象。Java虚拟机的垃圾收集线程对软可及对象和其他一般Java对象进行了区别对待:软可及对象的清理是由垃圾收集线程根据其特定算法按照内存需求决定的。也就是说，垃圾收集线程会在虚拟机抛出OutOfMemoryError之前回收软可及对象，而且虚拟机会尽可能优先回收长时间闲置不用的软可及对象，对那些刚刚构建的或刚刚使用过的“新”软可反对象会被虚拟机尽可能保留。在回收这些对象之前，我们可以通过:
MyObject anotherRef=(MyObject)aSoftRef.get();
重新获得对该实例的强引用。而回收之后，调用get()方法就只能得到null了。

3 使用ReferenceQueue清除失去了软引用对象的SoftReference
作为一个Java对象，SoftReference对象除了具有保存软引用的特殊性之外，也具有Java对象的一般性。所以，当软可及对象被回收之后，虽然这个SoftReference对象的get()方法返回null,但这个SoftReference对象已经不再具有存在的价值，需要一个适当的清除机制，避免大量SoftReference对象带来的内存泄漏。在java.lang.ref包里还提供了ReferenceQueue。如果在创建SoftReference对象的时候，使用了一个ReferenceQueue对象作为参数提供给SoftReference的构造方法，如:

ReferenceQueue queue = new
ReferenceQueue();

SoftReference
ref=new
SoftReference(aMyObject, queue);
那么当这个SoftReference所软引用的aMyOhject被垃圾收集器回收的同时，ref所强引用的SoftReference对象被列入ReferenceQueue。也就是说，ReferenceQueue中保存的对象是Reference对象，而且是已经失去了它所软引用的对象的Reference对象。另外从ReferenceQueue这个名字也可以看出，它是一个队列，当我们调用它的poll()方法的时候，如果这个队列中不是空队列，那么将返回队列前面的那个Reference对象。
在任何时候，我们都可以调用ReferenceQueue的poll()方法来检查是否有它所关心的非强可及对象被回收。如果队列为空，将返回一个null,否则该方法返回队列中前面的一个Reference对象。利用这个方法，我们可以检查哪个SoftReference所软引用的对象已经被回收。于是我们可以把这些失去所软引用的对象的SoftReference对象清除掉。常用的方式为:

SoftReference ref = null;

while ((ref = (EmployeeRef) q.poll()) != null) {

// 清除ref

}

　　软引用是用来描述一些有用但并不是必需的对象，在Java中用java.lang.ref.SoftReference类来表示。对于软引用关联着的对象，只有在内存不足的时候JVM才会回收该对象。因此，这一点可以很好地用来解决OOM的问题，并且这个特性很适合用来实现缓存：比如网页缓存、图片缓存等。

　　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JVM回收，这个软引用就会被加入到与之关联的引用队列中。下面是一个使用示例：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {

        SoftReference<String> sr = new SoftReference<String>(new String("hello"));
        System.out.println(sr.get());
    }
}

　get方法用来获取与软引用关联的对象的引用，如果该对象被回收了，则返回null。

在使用软引用和弱引用的时候，我们可以显示地通过System.gc()来通知JVM进行垃圾回收，但是要注意的是，虽然发出了通知，JVM不一定会立刻执行，也就是说这句是无法确保此时JVM一定会进行垃圾回收的。

Weak Reference，
弱引用对象，不阻止它们的引用对象存在。最终确定，最终确定，然后收回。弱引用最多通常用于实现规范化映射。
*

假设垃圾收集器在某个时间点确定可达到的< / a>。那时它将原子性地清除所有弱引用。该对象和所有其他弱可达对象的所有弱引用 该对象通过一个强大的软链到达同时，它将宣布所有以前的弱可达对象是可终结的。同时或在一些
*稍后将输入那些新清除的弱引用。用Reference队列注册。

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。

第二次垃圾回收时回收，可以通过如下代码实现
Object obj = new Object();
WeakReference wf = new WeakReference(obj);
obj = null;
wf.get();//有时候会返回null
wf.isEnQueued();//返回是否被垃圾回收器标记为即将回收的垃圾

弱引用是在第二次垃圾回收时回收，短时间内通过弱引用取对应的数据，可以取到，当执行过第二次垃圾回收时，将返回null。
弱引用主要用于监控对象是否已经被垃圾回收器标记为即将回收的垃圾，可以通过弱引用的isEnQueued方法返回对象是否被垃圾回收器标记。
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很低的线程，因此不一定会很快发现那些只具有弱引用的对象。
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。

　弱引用也是用来描述非必需对象的，当JVM进行垃圾回收时，无论内存是否充足，都会回收被弱引用关联的对象。在java中，用java.lang.ref.WeakReference类来表示。下面是使用示例：
　

  public static void main(String[] args) {

        WeakReference<String> sr = new WeakReference<String>(new String("hello"));

        System.out.println(sr.get());
        System.gc();                //通知JVM的gc进行垃圾回收
        System.out.println(sr.get());
    }

　第二个输出结果是null，这说明只要JVM进行垃圾回收，被弱引用关联的对象必定会被回收掉。不过要注意的是，这里所说的被弱引用关联的对象是指只有弱引用与之关联，如果存在强引用同时与之关联，则进行垃圾回收时也不会回收该对象（软引用也是如此）。

　　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JVM回收，这个软引用就会被加入到与之关联的引用队列中。

Phanton Reference，

这些对象在收集器之后排队。确定它们的参照物可能会被回收。幻影引用最常用于调度预清理清理操作。
比Java终结机制更灵活的方式。

*< p>如果垃圾收集器在某个时间点确定幻像引用的引用是<幻像可达性< /A>，然后在

*时间或在稍后的时间，它将Reference队列。

为了确保可回收的物体保留，参照物无法检索幻像引用：get,幻像引用总是返回<代码> null < /代码>。

*P>不同于软引用和弱引用，幻像引用不是在垃圾收集器排队时自动清除。可通过幻像引用访问的对象将一直保留到所有,这些引用被清除或本身变得不可到达。

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。
垃圾回收时回收，无法通过引用取到对象值，可以通过如下代码实现
Object obj = new Object();
PhantomReference pf = new PhantomReference(obj);
obj=null;
pf.get();//永远返回null
pf.isEnQueued();//返回是否从内存中已经删除
虚引用是每次垃圾回收的时候都会被回收，通过虚引用的get方法永远获取到的数据为null，因此也被成为幽灵引用。
虚引用主要用于检测对象是否已经从内存中删除。

“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器回收。
虚引用主要用来跟踪对象被垃圾回收器回收的活动。虚引用与软引用和弱引用的一个区别在于：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。

ReferenceQueue queue = new ReferenceQueue ();

PhantomReference pr = new PhantomReference (object, queue);

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。如果程序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。

　虚引用和前面的软引用、弱引用不同，它并不影响对象的生命周期。在java中用java.lang.ref.PhantomReference类表示。如果一个对象与虚引用关联，则跟没有引用与之关联一样，在任何时候都可能被垃圾回收器回收。

　　要注意的是，虚引用必须和引用队列关联使用，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。如果程序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。

 public static void main(String[] args) {
        ReferenceQueue<String> queue = new ReferenceQueue<String>();
        PhantomReference<String> pr = new PhantomReference<String>(new String("hello"), queue);
        System.out.println(pr.get());
    }

利用软引用和弱引用解决OOM问题

假如有一个应用需要读取大量的本地图片，如果每次读取图片都从硬盘读取，则会严重影响性能，但是如果全部加载到内存当中，又有可能造成内存溢出，此时使用软引用可以解决这个问题。

用一个HashMap来保存图片的路径 和 相应图片对象关联的软引用之间的映射关系，在内存不足时，JVM会自动回收这些缓存图片对象所占用的空间，从而有效地避免了OOM的问题。在Android开发中对于大量图片下载会经常用到。

private Map<String, SoftReference<Bitmap>> imageCache = new HashMap<String, SoftReference<Bitmap>>();
<br>....
public void addBitmapToCache(String path) {

        // 强引用的Bitmap对象

        Bitmap bitmap = BitmapFactory.decodeFile(path);

        // 软引用的Bitmap对象

        SoftReference<Bitmap> softBitmap = new SoftReference<Bitmap>(bitmap);

        // 添加该对象到Map中使其缓存

        imageCache.put(path, softBitmap);

    }

 public Bitmap getBitmapByPath(String path) {

        // 从缓存中取软引用的Bitmap对象

        SoftReference<Bitmap> softBitmap = imageCache.get(path);

        // 判断是否存在软引用

        if (softBitmap == null) {

            return null;

        }

        // 取出Bitmap对象，如果由于内存不足Bitmap被回收，将取得空

        Bitmap bitmap = softBitmap.get();

        return bitmap;

    }

　　当然这里我们把缓存替换策略交给了JVM去执行，这是一种比较简单的处理方法。复杂一点的缓存，我们可以自己单独设计一个类，这里面就涉及到缓存策略的问题了，具体可以参考之前的一篇博文

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