详细分析Android中的引用机制Reference（WeakReference、SoftReference、PhantomReference）

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5、ReferenceQueue.enqueue(Reference)

6、ReferenceQueue.isEnqueued()

1、前言

在java中，我们知道一般情况下当一个对象被其他对象引用时，该对象则不会被回收。但是有时我们虽然需要使用该对象，但又希望不影响回收。

比如在Activity中以内部类的方式创建了一个Handler，这个Handler就会隐式的持有一个activity的引用，当这个Handler被一个耗时线程所引用。这时如果关闭这个Activity，由于被引用该Activity及它所持有的引用占用的内存将不能被销毁，这样就导致了内存泄漏。

这时候我们可以使用“弱引用”来解决问题。

2、四种引用

除了之前提到的“弱引用”，在java中还有另外三种引用，下面我们简单谈谈这四种引用：

强引用：就是代码中普遍存在的引用，一般情况下只要存在强引用就不会被回收。（这里要注意相互引用的情况，我们会在另外一篇来说）
软引用（SoftReference）：只有软引用关联的对象，当内存不足时会被回收（细节下面会说）
弱引用（WeakReference）：在广义上除了强引用都是弱引用，这里我们说的是狭义上的弱引用。弱引用比软引用还要更容易被回收，当GC过程中发现只有弱引用的对象时，不论内存是否足够都会被回收。
虚引用（PhantomReference）：虚引用对对象的生存不产生任何影响，而且通过虚引用无法获取对象实例。虚引用的作用是我们可以通过它来判断对象是否已经被回收，细节我们下面再聊。

以上就是java中四种引用，至于他们的使用方法都比较简单，大家可以自行搜索文章。

3、java.lang.ref

前面提到的几种引用都在java.lang.ref包下，该包下的类如图：

注意这是Android-26下的对应包，而不是jdk下的包，android系统对jdk的一部分类有一些改动，所以源码有所不同。jdk下该包的类如图：

可以看到jdk下多了Finalizer和FinalReference这两个类。其中FinalReference是Reference的子类，而Finalizer则是FinalReference的子类。

本章我们讨论Android系统下的引用，java引用我们以后另开一章来讨论。

其中SoftReference、WeakReference、PhantomReference都是Reference的子类，而ReferenceQueue则是Reference的一个重要的组成部分。

下面我们来看看这几个类的源码。

4、Reference

源码如下：

public abstract class Reference<T> {
    private static boolean disableIntrinsic = false;
    private static boolean slowPathEnabled = false;

    volatile T referent;        /* Treated specially by GC */
    final ReferenceQueue<? super T> queue;

    Reference queueNext;
    Reference<?> pendingNext;

    public T get() {
        return getReferent();
    }

    @FastNative
    private final native T getReferent();

    public void clear() {
        clearReferent();
    }

    @FastNative
    native void clearReferent();

    public boolean isEnqueued() {
        return queue != null && queue.isEnqueued(this);
    }

    public boolean enqueue() {
      return queue != null && queue.enqueue(this);
    }

    Reference(T referent) {
        this(referent, null);
    }

    Reference(T referent, ReferenceQueue<? super T> queue) {
        this.referent = referent;
        this.queue = queue;
    }
}

代码只有二三十行，我们看到Reference除了带有对象引用referent的构造函数，还有一个带有ReferenceQueue参数的构造函数。那么这个ReferenceQueue用来做什么呢？需要我们从enqueue这个函数来开始分析。当系统要回收Reference持有的对象引用referent的时候，Reference的enqueue函数会被调用，而在这个函数中调用了ReferenceQueue的enqueue函数。那么我们来看看ReferenceQueue的enqueue函数做了什么？

5、ReferenceQueue.enqueue(Reference)

源码如下：

boolean enqueue(Reference<? extends T> reference) {
    synchronized (lock) {
        if (enqueueLocked(reference)) {
            lock.notifyAll();
            return true;
        }
        return false;
    }
}

可以看到首先获取同步锁，然后调用了enqueueLocked(Reference)函数，该函数源码如下：

private boolean enqueueLocked(Reference<? extends T> r) {
    // Verify the reference has not already been enqueued.
    if (r.queueNext != null) {
        return false;
    }

    if (r instanceof Cleaner) {
        Cleaner cl = (sun.misc.Cleaner) r;
        cl.clean();
        r.queueNext = sQueueNextUnenqueued;
        return true;
    }

    if (tail == null) {
        head = r;
    } else {
        tail.queueNext = r;
    }
    tail = r;
    tail.queueNext = r;
    return true;
}

通过 enqueueLocked函数可以看到ReferenceQueue维护了一个队列（链表结构），而enqueue这一系列函数就是将reference添加到这个队列（链表）中。

6、ReferenceQueue.isEnqueued()

让我们回到Reference源码中，可以看到除了enqueue这个函数还有一个isEnqueued函数，同样这个函数调用了ReferenceQueue的同名函数，源码如下：

boolean isEnqueued(Reference<? extends T> reference) {
    synchronized (lock) {
        return reference.queueNext != null && reference.queueNext != sQueueNextUnenqueued;
    }
}

可以看到先获取同步锁，然后判断该reference是否在队列（链表）中。由于enqueue和isEnqueue函数都要申请同步锁，所以这是线程安全的。

这里要注意“reference.queueNext != sQueueNextUnenqueued”用于判断该Reference是否是一个Cleaner类，在上面ReferenceQueue的enqueueLocked函数中我们可以看到如果一个Reference是一个Cleaner，则调用它的clean方法，同时并不加入链表，并且将其queueNext设置为sQueueNextUnequeued，这是一个空的虚引用，如下：

private static final Reference sQueueNextUnenqueued = new PhantomReference(null, null);

那么什么是Cleaner？引用一段描述

sun.misc.Cleaner是JDK内部提供的用来释放非堆内存资源的API。JVM只会帮我们自动释放堆内存资源，但是它提供了回调机制，通过这个类能方便的释放系统的其他资源。

可以看到Cleaner是用于释放非堆内存的，所以做特殊处理。

通过enqueue和isEnqueue两个函数的分析，ReferenceQueue队列维护了那些被回收对象referent的Reference的引用，这样通过isEnqueue就可以判断对象referent是否已经被回收，用于一些情况的处理。

7、SoftReference

软引用源码如下：

public class SoftReference<T> extends Reference<T> {

    static private long clock;
    private long timestamp;

    public SoftReference(T referent) {
        super(referent);
        this.timestamp = clock;
    }

    public SoftReference(T referent, ReferenceQueue<? super T> q) {
        super(referent, q);
        this.timestamp = clock;
    }

    public T get() {
        T o = super.get();
        if (o != null && this.timestamp != clock)
            this.timestamp = clock;
        return o;
    }

}

可以看到SoftReference有一个类变量clock和一个变量timestamp，这两个参数对于SoftReference至关重要。

clock：记录了上一次GC的时间。这个变量由GC（garbage collector）来改变。
timestamp：记录对象被访问（get函数）时最近一次GC的时间。

那么这两个参数有什么用？

我们知道软引用是当内存不足时可以回收的。但是这只是大致情况，实际上软应用的回收有一个条件：

clock -timestamp <= free_heap * ms_per_mb

free_heap是JVM Heap的空闲大小，单位是MB
ms_per_mb单位是毫秒，是每MB空闲允许保留软引用的时间。Sun JVM可以通过参数-XX:SoftRefLRUPolicyMSPerMB进行设置

举个栗子：

目前有3MB的空闲，ms_per_mb为1000，这时如果clock和timestamp分别为5000和2000，那么5000 - 2000 <= 3 * 1000条件成立，则该次GC不对该软引用进行回收。

所以每次GC时，通过上面的条件去判断软应用是否可以回收并进行回收，即我们通常说的内存不足时被回收。

8、WeakReference

弱引用的源码很简单，如下：

public class WeakReference<T> extends Reference<T> {

    public WeakReference(T referent) {
        super(referent);
    }

    public WeakReference(T referent, ReferenceQueue<? super T> q) {
        super(referent, q);
    }

}

没有其他代码，GC时被回收掉。

9、PhantomReference

虚引用的源码也比较简单，如下：

public class PhantomReference<T> extends Reference<T> {

    public T get() {
        return null;
    }

    public PhantomReference(T referent, ReferenceQueue<? super T> q) {
        super(referent, q);
    }

}

可以看到get函数返回null，正如前面说得虚引用无法获取对象引用。（注意网上有些文章说虚引用不持有对象的引用，这是有误的，通过构造函数可以看到虚引用是持有对象引用的，但是无法获取该引用）

同时可以看到虚引用只有一个构造函数，所以必须传入ReferenceQueue对象。

前面提到虚引用的作用是判断对象是否被回收，这个功能正是通过ReferenceQueue实现的（文章第5、6点讲的）。

这里注意：不仅仅是虚引用可以判断回收，弱引用和软引用同样实现了带有ReferenceQueue的构造函数，如果创建时传入了一个ReferenceQueue对象，同样也可以判断。

10、总结

本篇文章主要分析了Reference及其子类的源码，其中Reference和ReferenceQueue只分析了部分重点代码，其他代码的作用大家可以自己研究一下。本次的源码分析只涉及到java层，至于底层GC部分并未涉及，以后有机会我们用新的一章来总结。另外对于强引用没有做详细分析，包括相互引用的回收等情况，同样我会找个时间整理一下。谢谢大家！