四大引用类型

从JDK 1.2版本开始，对象的引用被划分为4种级别，从而使程序能更加灵活地控制对象的生命周期。这4种级别由高到低依次为：强引用、软引用、弱引用和虚引用

不同的引用类型，主要体现的是对象不同的可达性（reachable）状态和对垃圾收集的影响

强引用(Strong Reference)

特点

• 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
• 当内存空间不足时，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
• 如果强引用对象不使用时，需要弱化从而使GC能够回收, 弱化操作指的是以下操作
  • 显式地设置strongReference对象为null
  • 使其超出对象的生命周期范围
• 不同范围变量对强引用的影响
  • 方法的内部的强引用
    • 位置关系: 这个引用保存在Java栈中，而真正的引用内容(Object)保存在Java堆中
    • 回收点: 当这个方法运行完成后，就会退出方法栈，则引用对象的引用数为0，这个对象会被回收
  • 全局变量
    • 位置关系: 在不用这个对象时赋值为null，因为强引用不会被垃圾回收

使用

// 强引用
Object strongReference = new Object();// 弱化, 手动置为null, 等待GC收集回收
strongReference = null;// 方法内的强引用, 当方法执行完, 出栈的时候, 引用对象引用数为0, 会被GC收集回收
public void test() {Object strongReference = new Object();// 省略其他操作
}

方法内的强引用如下图

// 这个strongReference是全局变量时，就需要在不用这个对象时赋值为null，因为强引用不会被垃圾回收// 以ArrayList的Clear方法为例子
// 当调用clear()方法清空ArrayList中的元素时，ArrayList类内部会遍历数组elementData中的每个元素，并将其赋值为null，而不是将elementData数组本身设为null。这样做是为了确保ArrayList对象本身的引用（强引用）仍然存在，以便在后续的操作中可以继续使用这个ArrayList对象，而不需要重新分配内存。
// 如果将elementData数组本身设为null，那么整个数组对象的引用将丢失，这意味着无法再访问这个数组，也就无法继续向其中添加元素。如果后续需要重新添加元素，就需要重新分配内存，这样会增加额外的开销
public void clear() {modCount++;final Object[] es = elementData;for (int to = size, i = size = 0; i < to; i++)es[i] = null;
}

软引用(SoftReference)

特点

• 一个对象只具有软引用，则内存空间充足时，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
• 当 JVM 认为内存不足时，才会去试图回收软引用指向的对象。JVM 会确保在抛出 OutOfMemoryError 之前，清理软引用指向的对象

应用场景

软引用通常用来实现内存敏感的缓存，如果还有空闲内存，就可以暂时保留缓存，当内存不足时清理掉，这样就保证了使用缓存的同时，不会耗尽内存

使用

// 软引用, 先创建强引用类型, 将强引用类型赋值给引用队列
String str = "abc";
SoftReference<String> softReference = new SoftReference<String>(str);

软引用可以和一个引用队列(ReferenceQueue)联合使用。如果软引用所引用对象被垃圾回收，JVM就会把这个软引用加入到与之关联的引用队列中

• 说人话就是, 如果将引用对象和引用队列绑定了, 当引用对象被GC回收时, JVM会将这个引用对象存到引用队列

软引用结合引用队列使用

// 创建一个ReferenceQueue<String>类型的引用队列对象，名为referenceQueue。
// 引用队列用于存储那些已经不再被任何强引用指向，且即将被垃圾回收器回收的弱引用、软引用或虚引用
ReferenceQueue<String> referenceQueue = new ReferenceQueue<>();// 定义一个字符串变量str，并赋值为"abc"
String str = "abc";// 创建一个SoftReference<String>类型的软引用对象softReference，它引用了变量str，并将该软引用关联到之前创建的引用队列referenceQueue上。
// 在内存不足时，垃圾回收器会尝试回收软引用所指向的对象，但在回收之前，会将该软引用加入到关联的引用队列中
SoftReference<String> softReference = new SoftReference<>(str, referenceQueue);// 将原始字符串对象str的引用设置为null，这意味着从现在开始，字符串"abc"仅由软引用softReference间接引用，不再是强引用
str = null;// 通知GC, 但并不保证立即执行垃圾回收
System.gc();// 通过调用softReference.get()方法获取当前软引用所指向的对象，并打印输出。
// 由于此时内存充足，垃圾回收器未执行回收，所以仍能获取到字符串"abc"
// 如果get()能获取到, 那么内存充足, 还没被GC回收, 直接再次拿出用即可, 如果为null, 那么就需要重新构建
System.out.println(softReference.get()); // abc// 使用referenceQueue.poll()方法尝试从引用队列中获取并移除最早进入队列的引用对象。
// 由于当前软引用softReference关联的对象还未被垃圾回收，因此返回的是null，并打印输出
// 若内存不足导致"abc"被垃圾回收，则此处返回与softReference对应的引用对象, 即abc
// 总的来说就是, 如果是没回收, 那么返回null, 如果回收了, 那么就返回abc
Reference<? extends String> reference = referenceQueue.poll();
System.out.println(reference); // null

注意：软引用对象是在JVM内存不够的时候才会被回收，我们调用System.gc()方法只是起通知作用，JVM什么时候扫描回收对象是JVM自己的状态决定的。就算扫描到软引用对象也不一定会回收它，只有内存不够的时候才会回收。

if(JVM内存不足) {// 将软引用中的对象引用置为nullstr = null;// 通知垃圾回收器进行回收System.gc();
}

也就是说，垃圾收集线程会在虚拟机抛出OutOfMemoryError之前回收软引用对象，而且虚拟机会尽可能优先回收长时间闲置不用的软引用对象。对那些刚构建的或刚使用过的**"较新的"软对象会被虚拟机尽可能保留**，这就是引入引用队列ReferenceQueue的原因

弱引用(WeakReference)

特点

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

使用场景

如果一个对象是偶尔(很少)的使用，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Weak Reference来记住此对象

使用

String str = "abc";
WeakReference<String> weakReference = new WeakReference<>(str);
str = null;

弱引用结合引用队列使用

/*** @author whitebrocade* @version 1.0* @description: GC回收目标类*/
public class GCTarget {// 对象的IDpublic String id;// 占用内存空间byte[] buffer = new byte[1024];public GCTarget(String id) {this.id = id;}protected void finalize() throws Throwable {// 执行垃圾回收时打印显示对象IDSystem.out.println("GC回收前-GCTarget的id: " + id);}
}

/*** @author whitebrocade* @version 1.0* @description: 弱引用*/
@ToString
public class GCTargetWeakReference extends WeakReference<GCTarget> {// 弱引用的IDpublic String id;public GCTargetWeakReference(GCTarget gcTarget, ReferenceQueue<? super GCTarget> queue) {super(gcTarget, queue);this.id = gcTarget.id;}protected void finalize() {System.out.println("GC回收前-GCTargetWeakReference的id:" + id);}
}

/*** @author whitebrocade* @version 1.0* @description: 弱引用测试类*/
public class WeakReferenceTest {// 弱引用队列private final static ReferenceQueue<GCTarget> REFERENCE_QUEUE = new ReferenceQueue<>();public static void main(String[] args) throws InterruptedException {LinkedList<GCTargetWeakReference> gcTargetList = new LinkedList<>();// 创建弱引用的对象，依次加入链表中for (int i = 0; i < 5; i++) {GCTarget gcTarget = new GCTarget(String.valueOf(i));GCTargetWeakReference weakReference = new GCTargetWeakReference(gcTarget, REFERENCE_QUEUE);gcTargetList.add(weakReference);System.out.println("创建GCTargetWeakReference对象: " + gcTargetList.getLast());}// 通知GC进行垃圾回收System.gc();// 休眠6秒，等待上面的垃圾回收线程运行完成Thread.sleep(6000);// 经过上述等待, 弱引用所引用的对象被垃圾回收了, JVM将其引用对象添加到关联的引用队列// 检查关联的引用队列是否为空Reference<? extends GCTarget> reference;while((reference = REFERENCE_QUEUE.poll()) != null) {if(reference instanceof GCTargetWeakReference) {System.out.println("在引用队列中id: " + ((GCTargetWeakReference) (reference)).id);}}}
}

弱引用转强引用

String str = "abc";
WeakReference<String> weakReference = new WeakReference<>(str);
// 弱引用转强引用
String strongReference = weakReference.get();

结果如下图

可见WeakReference对象的生命周期基本由垃圾回收器决定，一旦垃圾回收线程发现了弱引用对象，在下一次GC过程中就会对其进行回收

虚引用(幻象引用 PhantomReference)

特点

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
• 设置虚引用的唯一目的，就是在这个对象被回收器回收的时候收到一个系统通知或者后续添加进一步的处理
  • PhantomReference 的 get 方法总是返回 null，因此无法访问对应的引用对象, 其意义在于说明一个对象已经进入 finalization 阶段，可以被 GC 回收，用来实现比 finalization 机制更灵活的回收操作
  • 比如，通常用来做所谓的 Post-Mortem 清理机制，也有人利用幻象引用监控对象的创建和销毁。

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

也就是可以通过虚引用+引用队列得知对象是什么时候被回收的

应用场景

虚引用主要用来跟踪对象被垃圾回收器回收的活动

String str = "abc";
ReferenceQueue queue = new ReferenceQueue();
// 创建虚引用，要求必须与一个引用队列关联
PhantomReference pr = new PhantomReference(str, 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进行垃圾回收。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

例如

Object obj = new Object();
// 将虚引用和obj引用对象和引用队列绑定
ReferenceQueue<Object> referenceQueue = new ReferenceQueue<>();
PhantomReference<Object> phantomReference = new PhantomReference<>(obj, referenceQueue);System.out.println(obj);
System.out.println(phantomReference.get()); // 获取未被GC回收的引用对象
System.out.println(referenceQueue.poll()); // 弹出被GC回收的引用对象
System.out.println("--------------------");// 通知GC
obj = null;
System.gc();
Thread.sleep(3000);System.out.println(obj); // 给GC回收了, 打印为null
System.out.println(phantomReference.get());
System.out.println(referenceQueue.poll()); // 由于被GC回收, 所以添加到了引用队列中

对比

Java中4种引用的级别和强度由高到低依次为：强引用 -> 软引用 -> 弱引用 -> 虚引用

引用类型	被垃圾回收时间	用途	生存时间
强引用	从来不会	对象的一般状态	JVM停止运行时终止
软引用	当内存不足时	对象缓存	内存不足时终止
弱引用	正常垃圾回收时	对象缓存	垃圾回收后终止
虚引用	正常垃圾回收时	跟踪对象的垃圾回收	垃圾回收后终止

参考资料

理解Java的强引用、软引用、弱引用和虚引用

【JAVA】强引用、软引用、弱引用、幻象引用有什么区别？

面试官：说说强引用、软引用、弱引用、虚引用吧