Java中的 WeakReference 和 SoftReference

我们知道Java语言中没有指针，取而代之的是引用reference。Java中的引用又可以分为四种：强引用，弱引用(WeakReference)，软引用(SoftReference)，虚引用(PhantomReference)。其中强引用，就是我们平时使用的最多的最普通的引用，虚引用一般我们是没有机会使用到的。所以我们主要了解下 WeakReference 和 SoftReference(除了上面说的四种引用之外，其实还有一种引用——原子引用AtomicReference，用于并发编程环境)。


1. 先上一段代码：


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public class ReferenceTest {
    public static void main(String[] args){
        LinkedList<byte[]> list = new LinkedList<>();
        for(int i=0; i<1024; i++){
            list.add(new byte[1024*1024]);
        }
    }
}
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上面的代码会抛出：Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space


堆内存溢出。因为我们不断的在堆上分配一个 1M 大小的 byte[]对象，并且将该引用加入到 list 中，循环1024次，需要占用 1G 的堆内存，从而导致 heap space OutOfMemory.


2. 我们使用 WeekReference 对代码进行修改：


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public class ReferenceTest {
    public static void main(String[] args) {
        long beginTime = System.nanoTime();
        LinkedList<WeakReference<byte[]>> list = new LinkedList<>();
        for (int i = 0; i < 1024; i++) {
            list.add(new WeakReference<>(new byte[1024 * 1024]));
        }
        long endTime = System.nanoTime();
        System.out.println(endTime - beginTime);
    }
}
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输出的结果：195947704 (0.19秒)


我们发现堆内存溢出的错误没有了。这是什么原因呢。因为我们使用了 弱引用WeekReference 来引用堆上的 1M 的byte[]对象，而弱引用WeekReference引用的对象，如果仅仅只被弱引用，而没有被强引用的话，在下一次GC时，就会回收该对象占用的内存，所以不会内存溢出。


3. 我们使用 SoftReference 对代码进行修改：


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public class ReferenceTest {
    public static void main(String[] args) {
        long beginTime = System.nanoTime();
        LinkedList<SoftReference<byte[]>> list = new LinkedList<>();
        for (int i = 0; i < 1024; i++) {
            list.add(new SoftReference<>(new byte[1024 * 1024]));
        }
        long endTime = System.nanoTime();
        System.out.println(endTime - beginTime);
    }
}
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输出结果：1499904286 (1.5秒)


我们发现堆内存溢出的错误也没有了。因为我们使用了 软引用SoftReference 来引用堆上的 1M 的byte[]对象，而软引用SoftReference引用的对象，如果仅仅只被软引用，而没有被强引用的话，在内存空间不足时，GC 就会回收该对象占用的内存，所以不会内存溢出。


但是我们注意到 采用WeekReference和采用SoftReference所花费的时间，有接近10被的差距。原因应该是，SoftReference只有在内存空间不足时，GC才会回收对象占用的空间，而这时进行的是 full GC，full GC会导致 STW 程序暂停，所以花费的时间过多。


4. 总结


强引用：只要堆上的对象，被至少一个强引用所指向，那么GC就不会回收该对象的内存空间。


弱引用：只要堆上的对象仅仅只被弱引用所指向，不管当前内存空间是否足够，下次GC都会回收对象的内存空间。


软引用：只要堆上的对象仅仅只被软引用所指向，并且当内存空间不足时，GC才会回收对象的内存空间。


WeakReference 和 SoftReference一般使用在构造一个缓存系统，比如使用一个map来构造。因为缓存系统是一个“全生命期”的对象，系统停止，缓存对象才会被销毁，所以当我们不断的想缓存对象中添加对象时，那么就会导致该缓存对象map所引用的对象越来越多，而因为是强引用，这些被放进map缓存了的对象不能被GC锁回收，那么就导致系统堆内存占用会越来越大，从而最终导致内存溢出。


那么此时我们就可以使用 WeakReference 或 SoftReference了，将强引用通过WeakReference 和 SoftReference 包装之后，变成弱引用和软引用，那么当缓存中的对象，仅仅被缓存map锁引用时，那么分别在下次GC和内存不足GC时就会回收这些对象占用的内存。其实JDK给我们提供了一个专门的类：WeakHashMap ，弱引用的hashMap，所以构造缓存系统是，我们可以考虑使用它。


其实这里引出了另外一个问题，jdk中众多的map，我们应该如何进行选择：


HashMap


ConcurrentHashMap


TreeMap


WeakHashMap


LinkedHashMap


Collections.synchronizedMap


Hashtable


等等。我们在选择一个map时，应该好好的考虑下，那个更加适合我们的需求。