java的4种reference: strong, soft, weak, phantom

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2010-11-04 14:46

最近ebay的面试中问到了strong reference和soft reference，可是自己根本就不知道，上网查了查，发现其实网上有些很好的教程，就顺手牵羊了，如下：

原文：http://www.javaeye.com/topic/401478

理解 Java 的 GC 与 幽灵引用

Java 中一共有 4 种类型的引用 : StrongReference、 SoftReference、 WeakReference 以及 PhantomReference (传说中的幽灵引用 呵呵),
这 4 种类型的引用与 GC 有着密切的关系, 让我们逐一来看它们的定义和使用场景 :

1. Strong Reference

StrongReference 是 Java 的默认引用实现, 它会尽可能长时间的存活于 JVM 内， 当没有任何对象指向它时 GC 执行后将会被回收

 @Test
 public   void  strongReference() {
  Object referent =  new  Object();

  /**
  * 通过赋值创建 StrongReference
  */
  Object strongReference = referent;

  assertSame(referent, strongReference);

  referent =  null ;
  System.gc();

  /**
  * StrongReference 在 GC 后不会被回收
  */
  assertNotNull(strongReference);
 }

2. WeakReference & WeakHashMap

WeakReference， 顾名思义, 是一个弱引用, 当所引用的对象在 JVM 内不再有强引用时, GC 后 weak reference 将会被自动回收

 @Test
 public   void  weakReference() {
  Object referent =  new  Object();
  WeakReference<Object> weakRerference =  new  WeakReference<Object>(referent);

  assertSame(referent, weakRerference.get());

  referent =  null ;
  System.gc();

  /**
  * 一旦没有指向 referent 的强引用, weak reference 在 GC 后会被自动回收
  */
  assertNull(weakRerference.get());
 }

WeakHashMap 使用 WeakReference 作为 key， 一旦没有指向 key 的强引用, WeakHashMap 在 GC 后将自动删除相关的 entry

 @Test
 public   void  weakHashMap()  throws  InterruptedException {
  Map<Object, Object> weakHashMap =  new  WeakHashMap<Object, Object>();
  Object key =  new  Object();
  Object value =  new  Object();
  weakHashMap.put(key, value);

  assertTrue(weakHashMap.containsValue(value));

  key =  null ;
  System.gc();

  /**
  * 等待无效 entries 进入 ReferenceQueue 以便下一次调用 getTable 时被清理
  */
  Thread.sleep( 1000  );

  /**
  * 一旦没有指向 key 的强引用, WeakHashMap 在 GC 后将自动删除相关的 entry
  */
  assertFalse(weakHashMap.containsValue(value));
 }

3. SoftReference

SoftReference 于 WeakReference 的特性基本一致， 最大的区别在于 SoftReference 会尽可能长的保留引用直到 JVM 内存不足时才会被回收(虚拟机保证), 这一特性使得 SoftReference 非常适合缓存应用

 @Test
 public   void  softReference() {
  Object referent =  new  Object();
  SoftReference<Object> softRerference =  new  SoftReference<Object>(referent);

  assertNotNull(softRerference.get());

  referent =  null ;
  System.gc();

  /**
  * soft references 只有在 jvm OutOfMemory 之前才会被回收, 所以它非常适合缓存应用
  */
  assertNotNull(softRerference.get());
 }

4. PhantomReference

作为本文主角， Phantom Reference(幽灵引用) 与 WeakReference 和 SoftReference 有很大的不同, 因为它的 get() 方法永远返回 null, 这也正是它名字的由来

 @Test
 public   void  phantomReferenceAlwaysNull() {
  Object referent =  new  Object();
  PhantomReference<Object> phantomReference =  new  PhantomReference<Object>(referent,  new  ReferenceQueue<Object>());

  /**
  * phantom reference 的 get 方法永远返回 null
  */
  assertNull(phantomReference.get());
 }

诸位可能要问, 一个永远返回 null 的 reference 要来何用, 请注意构造 PhantomReference 时的第二个参数 ReferenceQueue(事实上 WeakReference & SoftReference 也可以有这个参数)，
PhantomReference 唯一的用处就是跟踪 referent 何时被 enqueue 到 ReferenceQueue 中.

5. RererenceQueue

当一个 WeakReference 开始返回 null 时， 它所指向的对象已经准备被回收， 这时可以做一些合适的清理工作. 将一个 ReferenceQueue 传给一个 Reference 的构造函数， 当对象被回收时， 虚拟机会自动将这个对象插入到 ReferenceQueue 中， WeakHashMap 就是利用 ReferenceQueue 来清除 key 已经没有强引用的 entries.

 @Test
 public   void  referenceQueue()  throws  InterruptedException {
  Object referent =  new  Object();
  ReferenceQueue<Object> referenceQueue =  new  ReferenceQueue<Object>();
  WeakReference<Object> weakReference =  new  WeakReference<Object>(referent, referenceQueue);

  assertFalse(weakReference.isEnqueued());
  Reference<?  extends  Object> polled = referenceQueue.poll();
  assertNull(polled);

  referent =  null ;
  System.gc();

  assertTrue(weakReference.isEnqueued());
  Reference<?  extends  Object> removed = referenceQueue.remove();
  assertNotNull(removed);
 }

6. PhantomReference vs WeakReference

PhantomReference 有两个好处， 其一， 它可以让我们准确地知道对象何时被从内存中删除， 这个特性可以被用于一些特殊的需求中(例如 Distributed GC， XWork 和 google-guice 中也使用 PhantomReference 做了一些清理性工作).

其二， 它可以避免 finalization 带来的一些根本性问题, 上文提到 PhantomReference 的唯一作用就是跟踪 referent 何时被 enqueue 到 ReferenceQueue 中, 但是 WeakReference 也有对应的功能, 两者的区别到底在哪呢 ?
这就要说到 Object 的 finalize 方法, 此方法将在 gc 执行前被调用, 如果某个对象重载了 finalize 方法并故意在方法内创建本身的强引用, 这将导致这一轮的 GC 无法回收这个对象并有可能
引起任意次 GC， 最后的结果就是明明 JVM 内有很多 Garbage 却 OutOfMemory， 使用 PhantomReference 就可以避免这个问题， 因为 PhantomReference 是在 finalize 方法执行后回收的，也就意味着此时已经不可能拿到原来的引用, 也就不会出现上述问题, 当然这是一个很极端的例子, 一般不会出现.

7. 对比

taken from http://mindprod.com/jgloss/phantom.html

8. 小结
一般的应用程序不会涉及到 Reference 编程， 但是了解这些知识会对理解 GC 的工作原理以及性能调优有一定帮助, 在实现一些基础性设施比如缓存时也可能会用到， 希望本文能有所帮助.

王政 于 2009，6，3