GC(通过Reference和GC交互)

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本文介绍了Java中不同类型的引用（如SoftReference、WeakReference和PhantomReference）及其应用场景，探讨了如何利用这些引用与垃圾回收器（GC）进行交互以提高程序性能。此外，还提供了若干关于内存管理和GC优化的有效建议。

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##Java中相关概念
ReferenceQueue
WeakReference
SoftReference
PhantomReference
WeakHashMap

Java2 增强了内存管理功能，增加了一个java .lang.ref 包，其中定义了三种引用类。这三种引用类分别为SoftReference、 WeakReference和 PhantomReference.通过使用这些引用类，程序员可以在一定程度与GC进行交互，以便改善GC 的工作效率。这些引用类的引用强度介于可达对象和不可达对象之间。

创建一个引用对象也非常容易，例如如果你需要创建一个Soft Reference对象，那么首先创建一个对象，并采用普通引用方式（可达对象）；然后再创建一个SoftReference引用该对象；最后将普通引用设置为null.通过这种方式，这个对象就只有一个Soft Reference引用。同时，我们称这个对象为Soft Reference对象。

Soft Reference的主要特点是据有较强的引用功能。

只有当内存不够的时候，才进行回收这类内存，因此在内存足够的时候，它们通常不被回收。另外，这些引用对象还能保证在Java 抛出OutOfMemory 异常之前，被设置为null.它可以用于实现一些常用图片的缓存，实现Cache的功能，保证最大限度的使用内存而不引起OutOfMemory.以下给出这种引用类型的使用伪代码；
这里写图片描述

软引用是主要用于内存敏感的高速缓存。在jvm报告内存不足之前会清除所有的软引用，这样以来gc就有可能收集软可及的对象，可能解决内存吃紧问题，避免内存溢出。什么时候会被收集取决于gc的算法和gc运行时可用内存的大小。当gc决定要收集软引用是执行以下过程,以上面的abcSoftRef为例：
1 首先将abcSoftRef的referent设置为null，不再引用heap中的new String(“abc”)对象。
2 将heap中的new String(“abc”)对象设置为可结束的(finalizable)。
3 当heap中的new String(“abc”)对象的finalize()方法被运行而且该对象占用的内存被释放， abcSoftRef被添加到它的ReferenceQueue中。

注:对ReferenceQueue软引用和弱引用可以有可无，但是虚引用必须有，参见：

Java代码
Reference(T paramT, ReferenceQueue

Phantom 引用

Phantom 引用的用途较少.主要用于辅助finalize函数的使用。Phantom对象指一些对象，它们执行完了finalize函数，并为不可达对象，但是它们还没有被GC 回收。这种对象可以辅助finalize进行一些后期的回收工作，我们通过覆盖 Reference的clear（）方法，增强资源回收机制的灵活性。

当GC一但发现了虚引用对象，将会将PhantomReference对象插入ReferenceQueue队列，而此时PhantomReference所指向的对象并没有被GC回收，而是要等到ReferenceQueue被你真正的处理后才会被回收。虚引用的用法：
这里写图片描述

看了简单的定义之后，我们结合着代码来测试一下，强引用就不用说了，软引用的描述也很清楚，关键是 “弱引用” 与 “虚引用”。
这里写图片描述

由于System.gc()是告诉JVM这是一个执行GC的好时机，但具体执不执行由JVM决定，因此当JVM决定执行GC，得到的结果便是（事实上这段代码一般都会执行GC）：
　　java.lang.Object@de6ced
　　null
　　null
　　java.lang.ref.WeakReference@1fb8ee3

从执行结果得知，通过调用weakRef.get()我们得到了obj对象，由于没有执行GC,因此refQueue.poll()返回的null，当我们把obj = null;此时没有引用指向堆中的obj对象了，这里JVM执行了一次GC，我们通过weakRef.get()发现返回了null，而refQueue.poll()返回了WeakReference对象，因此JVM在对obj进行了回收之后，才将weakRef插入到refQueue队列中。

这里写图片描述

同样，当JVM执行了GC，得到的结果便是：
　　null //phanRef总是返回null
　　null //refQueue在进行了gc后，才会有gc过程中遇到的phanRef对象
　　null //phanRef总是返回null
　　java.lang.ref.PhantomReference@1fb8ee3

从执行结果得知，我们先前说的没有错，phanRef.get()不管在什么情况下，都会返回null，而当JVM执行GC发现虚引用之后，JVM并没有回收obj，而是将PhantomReference对象插入到对应的虚引用队列refQueue中，当调用refQueue.poll()返回PhantomReference对象时，poll方法会先把PhantomReference的持有队列queue（ReferenceQueue< ? super T >）置为NULL，NULL对象继承自ReferenceQueue，将enqueue(Reference paramReference)方法覆盖为return false，而此时obj再次被GC发现时，JVM再将PhantomReference插入到NULL队列中便会插入失败返回false，此时GC便会回收obj。事实上通过这段代码我们也的却看不出来obj是否被回收，但通过 PhantomReference 的javadoc注释中有一句是这样写的：

Once the garbage collector decides that an object obj is phantom-reachable, it is being enqueued on the corresponding queue, but its referent is not cleared. That is, the reference queue of the phantom reference must explicitly be processed by some application code.一旦GC决定一个“obj”是虚可达的，它（指PhantomReference）将会被入队到对应的队列，但是它的指代并没有被清除。也就是说，虚引用的引用队列一定要明确地被一些应用程序代码所处理。
当GC一但发现了虚引用对象，将会将PhantomReference对象插入ReferenceQueue队列，而此时PhantomReference所指向的对象并没有被GC回收，而是要等到ReferenceQueue被你真正的处理后才会被回收。
虚引用的用法：
Phantom references are useful for implementing cleanup operations that are necessary before an object gets garbage-collected. They are sometimes more flexible than the finalize() method.
虚引用在实现一个对象被回收之前必须做清理操作是很有用的。有时候，他们比finalize()方法更灵活。

很明显的，虚引用可以用来做对象被回收之前的清理工作。

区别：

SoftReference比WeakReference生命力更强，当JVM的内存不吃紧时，即使引用的对象被置为空了，Soft还可以保留对该对象的引用，此时的JVM内存池实际上还保有原来对象，只有当内存吃紧的情况下JVM才会清除Soft的引用对象，并且会在未来重新加载该引用的对象。

而WeakReference则当清理内存池时会自动清理掉引用的对象。
WeakReference与SoftReference都可以用来保存对象的实例引用，这两个类与垃圾回收有关。

WeakReference是弱引用，其中保存的对象实例可以被GC回收掉。这个类通常用于在某处保存对象引用，而又不干扰该对象被GC回收，通常用于Debug、内存监视工具等程序中。因为这类程序一般要求即要观察到对象，又不能影响该对象正常的GC过程。

SoftReference是强引用，它保存的对象实例，除非JVM即将OutOfMemory，否则不会被GC回收。这个特性使得它特别适合设计对象Cache。对于Cache，我们希望被缓存的对象最好始终常驻内存，但是如果JVM内存吃紧，为了不发生OutOfMemoryError导致系统崩溃，必要的时候也允许JVM回收Cache的内存，待后续合适的时机再把数据重新Load到Cache中。这样可以系统设计得更具弹性。

根据GC 的工作原理，我们可以通过一些技巧和方式，让GC 运行更加有效率，更加符合应用程序的要求。一些关于程序设计的几点建议：

　　1.最基本的建议就是尽早释放无用对象的引用。大多数程序员在使用临时变量的时候，都是让引用变量在退出活动域（scope）后，自动设置为 null.我们在使用这种方式时候，必须特别注意一些复杂的对象图，例如数组，队列，树，图等，这些对象之间有相互引用关系较为复杂。对于这类对象，GC 回收它们一般效率较低。如果程序允许，尽早将不用的引用对象赋为null.这样可以加速GC 的工作。

　　2.尽量少用finalize函数。finalize函数是Java 提供给程序员一个释放对象或资源的机会。但是，它会加大GC 的工作量，因此尽量少采用finalize 方式回收资源。

　　3.如果需要使用经常使用的图片，可以使用soft应用类型。它可以尽可能将图片保存在内存中，供程序调用，而不引起 OutOfMemory.

　　4.注意集合数据类型，包括数组，树，图，链表等数据结构，这些数据结构对GC 来说，回收更为复杂。另外，注意一些全局的变量，以及一些静态变量。这些变量往往容易引起悬挂对象（dangling reference），造成内存浪费。
　　5.当程序有一定的等待时间，程序员可以手动执行System.gc （），通知GC 运行，但是Java 语言规范并不保证GC 一定会执行。使用增量式GC 可以缩短Java 程序的暂停时间。