Java的四种引用类型

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原创 2023-03-10 10:27:38 7k 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

Java四大引用彻底详解：强引用、软引用、弱引用、虚引用（实战场景 + 源码解析） Java四大引用类型详解：强、软、弱、虚引用对比分析摘要：本文深入解析Java四大引用类型（强引用、软引用、弱引用、虚引用）的核心特性和应用场景，通过内存管理机制、源码实现和实战案例，帮助开发者优化内存使用并避免内存泄漏。强引用是默认不可回收类型，软引用适合内存敏感缓存，弱引用用于避免泄漏的映射关系，虚引用则专注于对象回收追踪。文章包含性能对比、选型决策树和生产环境避坑指南，涵盖从基础原理到企业级应用的全方位知识体系，特别适合需要解决OOM问题和优化内存管理的Java开发者。阅读详情

Java有四种引用类型：强引用、软引用、弱引用、虚引用。

1. 强引用（StrongReference）

强引用是最常用的引用。如果一个对象具有强引用，那 GC（Gabage Collection，垃圾回收）绝不会回收它。

Object obj = new Object(); // 强引用

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。如果不再需要使用对象时，要通过如下方式来弱化引用，如下：

obj = null; // 帮助垃圾收集器回收此对象

显式地设置 obj 为 null，或超出对象的生命周期范围，则 GC 认为该对象不存在引用，这时就可以回收这个对象。具体什么时候收集这要取决于 GC 的算法。

在一个方法的内部有一个强引用，这个引用保存在栈中，而真正的引用内容（Object）保存在堆中。当这个方法运行完成后就会退出方法栈，则引用内容的引用不存在，这个 Object 就会被回收。但是如果这个 obj 是全局的变量时，就需要在不用的时候赋值为 null，因为强引用不会被垃圾回收。

强引用在实际中有非常重要的用处，举个ArrayList的实现源代码：

private transient Object[] elementData;

public void clear() {
    modCount++;
    // Let gc do its work
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        elementData[i] = null;
    }
    size = 0;
}

在 ArrayList 类中定义了一个私有的变量 elementData 数组，在调用方法清空数组时可以看到为每个数组内容赋值为null。不同于elementData = null，强引用仍然存在，避免在后续调用 add()等方法添加元素时，进行重新的内存分配。使用如 clear() 方法中释放内存的方法对数组中存放的引用类型特别适用，这样就可以及时释放内存。

2. 软引用（SoftReference）

如果一个对象只具有软引用，在内存空间足够的时候，垃圾回收器是不会回收它的；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。

String str = new String("abc"); // 强引用
SoftReference<String> softRef = new SoftReference<String>(str); // 软引用  

// 当内存不足时，等价于：
if (JVM.内存不足()) {
   str = null;  // 转换为软引用
   System.gc(); // 垃圾回收器进行回收
}

软引用在实际中有重要的应用，例如浏览器的后退按钮。按后退时，这个后退时显示的网页内容是重新进行请求还是从缓存中取出呢？这就要看具体的实现策略了。

如果一个网页在浏览结束时就进行内容的回收，则按后退查看前面浏览过的页面时，需要重新构建
如果将浏览过的网页存储到内存中会造成内存的大量浪费，甚至会造成内存溢出

这时候就可以使用软引用

Browser prev = new Browser(); // 获取页面进行浏览
SoftReference sr = new SoftReference(prev); // 浏览完毕后置为软引用        
if (sr.get() != null){
    rev = (Browser) sr.get(); // 还没有被回收器回收，直接获取
} else {
    prev = new Browser(); // 由于内存吃紧，所以对软引用的对象回收了
    sr = new SoftReference(prev); // 重新构建
}

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。

3. 弱引用（WeakReference）

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。

String str = new String("abc");
WeakReference<String> weakRef = new WeakReference<String>(str); // 弱引用
str = null;

// 当垃圾回收器进行扫描回收时等价于：
str = null;
System.gc(); // 垃圾回收器进行回收

// 下面的代码会让str再次变为一个强引用：
str = weakRef.get();

如果这个对象是偶尔的使用，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，那么你应该用弱引用来记住此对象。

当你想引用一个对象，但是这个对象有自己的生命周期，你不想介入这个对象的生命周期，这时候你就可以使用弱引用。这个引用不会在对象的垃圾回收判断中产生任何附加的影响。

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。

public class ReferenceTest {
 
    private static ReferenceQueue<VeryBig> rq = new ReferenceQueue<VeryBig>();
 
    public static void checkQueue() {
        Reference<? extends VeryBig> ref = null;
        while ((ref = rq.poll()) != null) {
            if (ref != null) {
                System.out.println("In queue: "    + ((VeryBigWeakReference) (ref)).id);
            }
        }
    }
 
    public static void main(String args[]) {
        int size = 3;
        LinkedList<WeakReference<VeryBig>> weakList = new LinkedList<WeakReference<VeryBig>>();
        for (int i = 0; i < size; i++) {
            weakList.add(new VeryBigWeakReference(new VeryBig("Weak " + i), rq));
            System.out.println("Just created weak: " + weakList.getLast());
 
        }
 
        System.gc(); 
        try { // 下面休息几分钟，让上面的垃圾回收线程运行完成
            Thread.currentThread().sleep(6000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        checkQueue();
    }
}
 
class VeryBig {
    public String id;
    // 占用空间,让线程进行回收
    byte[] b = new byte[2 * 1024];
 
    public VeryBig(String id) {
        this.id = id;
    }
 
    protected void finalize() {
        System.out.println("Finalizing VeryBig " + id);
    }
}
 
class VeryBigWeakReference extends WeakReference<VeryBig> {
    public String id;
 
    public VeryBigWeakReference(VeryBig big, ReferenceQueue<VeryBig> rq) {
        super(big, rq);
        this.id = big.id;
    }
 
    protected void finalize() {
        System.out.println("Finalizing VeryBigWeakReference " + id);
    }
}

最后的输出结果为：

Just created weak: com.javabase.reference.VeryBigWeakReference@1641c0
Just created weak: com.javabase.reference.VeryBigWeakReference@136ab79
Just created weak: com.javabase.reference.VeryBigWeakReference@33c1aa
Finalizing VeryBig Weak 2
Finalizing VeryBig Weak 1
Finalizing VeryBig Weak 0
In queue: Weak 1
In queue: Weak 2
In queue: Weak 0

4. 虚引用（PhantomReference）

虚引用与其他几种引用都不同，它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。程序可以通过判断引用队列中是否存在该对象的虚引用，来了解这个对象是否将要被回收。可以用来作为GC回收Object的标志。