Java的引用類型及使用場景是什么

這篇文章將為大家詳細講解有關Java的引用類型及使用場景是什么，小編覺得挺實用的，因此分享給大家做個參考，希望大家閱讀完這篇文章后可以有所收獲。

每種編程語言都有自己操作內存中元素的方式，例如在 C 和 C++ 里是通過指針，而在 Java 中則是通過“引用”。在 JDK.1.2 之后，Java 對引用的概念進行了擴充，將引用分為了：強引用（Strong Reference）、軟引用（Soft Reference）、弱引用（Weak Reference）、虛引用（Phantom Reference）4 種。

1. 強引用（Strong Reference）

強引用類型，是我們最常講的一個類型，我們先看一個例子：

package cn.bridgeli.demo.reference;
 
/**
 * @author BridgeLi
 * @date 2021/2/26 10:02
 */
public class User {
 
    @Override
    protected void finalize() throws Throwable {
        super.finalize();
        System.out.println("finalize");
    }
 
}
 
package cn.bridgeli.demo.reference;
 
import org.junit.Test;
 
/**
 * @author BridgeLi
 * @date 2021/2/26 10:03
 */
public class StrongReferenceTest {
 
    @Test
    public void testStrongReference() {
        User user = new User();
        user = null;
        System.gc();
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

我們都知道當一個實例對象具有強引用時，垃圾回收器不會回收該對象，當內存不足時，寧愿 OOM，也就是拋出 OutOfMemeryError 異常也不會回收強引用的對象，因為 JVM 認為強引用的對象是用戶正在使用的對象，它無法分辨出到底該回收哪個，強行回收有可能導致系統嚴重錯誤。但是當對象被賦值為 null 之后，會被回收，并且會執行對象的 finalize 函數，此時我們可以通過該函數拯救自己，但是有兩點需要注意一個是只能拯救一次，當再次被垃圾回收的時候就不能拯救了，另一個就是有事沒事千萬不要重寫次函數，本例只是為了說明問題重寫了此函數，如果在工作中誤重寫了此函數，可能會導致垃圾不能回收，最終 OOM，另外有熟悉 GC 的同學沒？猜一下我為什么要 sleep 一下？

2. 軟引用（Soft Reference）

在我剛學 Java 的時候，并不知道怎么使用軟引用，那時候只知道強引用，其實是通過 java.lang.ref.SoftReference 類來使用軟引用的，為了說明軟引用，我們先看一個例子：

package cn.bridgeli.demo.reference;
 
import org.junit.Test;
 
import java.lang.ref.SoftReference;
 
/**
 * @author BridgeLi
 * @date 2021/2/26 10:21
 */
public class SoftReferenceTest {
 
    @Test
    public void testSoftReference() {
        SoftReference<byte[]> softReference = new SoftReference<>(new byte[1024 * 1024 * 10]);
        System.out.println(softReference.get());
 
        System.gc();
 
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
 
        System.out.println(softReference.get());
 
        byte[] bytes = new byte[1024 * 1024 * 12];
 
        System.out.println(softReference.get());
    }
}

除了通過 get 方法獲取我們的軟引用對象之外，運行結果和強引用類型并沒有什么區別是吧？結果和我們想的一樣，但是別著急，加一個啟動參數再試試：

-Xms20m -Xmx20m

我們都知道，這兩個參數是控制 JVM 啟動的時候堆的最大值和最小值的，這里面我們設置的最大值和最小值都是 20M，按照強引用的邏輯，我們一共申請了 22M 的空間，應該 OOM 才對，事實證明并沒有，通過打印語句證明，我們的軟引用被回收了，所以軟引用的特點是：在內存足夠的時候，軟引用對象不會被垃圾回收器回收，只有在內存不足時，垃圾回收器則會回收軟引用對象，當然回收了軟引用對象之后仍然沒有足夠的內存，這時同樣會拋出內存溢出異常。

看了軟引用的特點，我們很容易想到軟引用的使用場景：緩存。記得剛工作的時候，有個同事給我說，他做 Android，有一個加載圖片的應用，特麻煩，會 OOM，其實使用軟引用應該很輕松的能解決這個問題。

3. 弱引用（Weak Reference）

弱引用是通過 java.lang.ref.WeakReference 類來實現的，同樣我們也先看一個例子：

package cn.bridgeli.demo.reference;
 
import org.junit.Test;
 
import java.lang.ref.WeakReference;
 
/**
 * @author BridgeLi
 * @date 2021/2/26 10:30
 */
public class WeakReferenceTest {
 
    @Test
    public void testWeakReference() {
        WeakReference<User> weakReference = new WeakReference<>(new User());
        System.out.println(weakReference.get());
 
        System.gc();
 
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
 
        System.out.println(weakReference.get());
    }
}

通過例子我們可以看到，弱引用是一種比軟引用更弱的引用類型：在系統 GC 時，只要發現弱引用，不管系統堆空間是否足夠，都會將對象進行回收?？吹竭@里可能會有同學有疑問，GC 什么時候啟動，除了我們顯示調用外，我們并不能控制（其實就算我們顯示調用，GC 也可能不會立即執行），而且 GC 之后，弱引用立即被回收，引用不到了，那么這個類型有什么用呢？其實這個類型還真有大用，我們鼎鼎大名的 ThreadLocal 類就是借助于這個類實現的，所以當你使用 ThreadLocal 的時候，就已經在使用弱類型了，我之前曾經寫過關于 ThreadLocal 的文章，但是當時理解不是很準確，不過說明的例子是沒有問題的，所以還有一定的參考價值，后面看看啥時候有機會重寫一篇關于 ThreadLocal 的文章，詳細說說這個類。

另外除了 ThreadLocal 類外還有一個類值得說一下，那就是 java.util.WeakHashMap 類，見名知意，我們就可以猜到這個類的特點。同樣通過一個例子說明一下：

package cn.bridgeli.demo.reference;
 
import org.junit.Test;
 
import java.util.Map;
import java.util.WeakHashMap;
 
/**
 * @author BridgeLi
 * @date 2021/2/26 10:38
 */
public class WeakHashMapTest {
 
    @Test
    public void testWeakHashMap() {
        Map map = new WeakHashMap<String, Object>();
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            map.put("key" + i, new byte[i]);
        }
 
//        Map map = new HashMap<String, Object>();
//        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
//            map.put("key" + i, new byte[i]);
//        }
    }
}

記得啟動的時候設置一下，設置一下啟動的時候堆的大小，不要設置太大，可以看出區別。

4. 虛引用（Phantom Reference）

通過前面的例子，我們可以看到引用強度是越來越弱的，所以虛引用是最弱的一種引用類型，到底有多弱呢，我們同樣通過一個例子來看，需要說明的是，虛引用是通過 java.lang.ref.PhantomReference 類實現的。

package cn.bridgeli.demo.reference;
 
import org.junit.Test;
 
import java.lang.ref.PhantomReference;
import java.lang.ref.Reference;
import java.lang.ref.ReferenceQueue;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
 
/**
 * @author BridgeLi
 * @date 2021/2/26 11:05
 */
public class PhantomReferenceTest {
 
    ReferenceQueue referenceQueue = new ReferenceQueue();
    List<Object> list = new ArrayList<>();
 
    @Test
    public void testPhantomReference() {
        PhantomReference<Object> phantomReference = new PhantomReference<>(new Object(), referenceQueue);
        System.out.println(phantomReference.get());
 
        new Thread(() -> {
            while (true) {
                Reference reference = referenceQueue.poll();
                if (null != reference) {
                    System.out.println("============ " + reference.hashCode() + " ============");
                }
            }
        }).start();
 
        new Thread(() -> {
            while (true) {
                list.add(new byte[1024 * 1024 * 10]);
            }
        }).start();
 
        try {
            Thread.sleep(500);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

我們看到了是什么？雖然軟引用和弱引用也很弱，但是我們還是可以通過 get 方法獲取到我們的引用對象，但是虛引用卻不行，點進去看一下源碼，我們可以看到虛引用的 get 方法，直接返回 null，也就是我們直接拿不到虛引用對象，那么這個類型又有什么使用場景呢？其實這個類型就不是給我們普通程序員使用的，在 io、堆外內存中有使用，所以對于我們普通程序員來說，了解到存在這個類型，另外通過上面的例子，我們還可以看到：當垃圾回收器準備回收一個對象時，如果發現它還有虛引用，就會在垃圾回收后，銷毀這個對象，將這個虛引用加入引用隊列。程序可以通過判斷引用隊列中是否已經加入了虛引用，來了解被引用的對象是否將要被垃圾回收。那么我們就可以在程序中發現某個虛引用已經被加入到引用隊列，那么就可以在所引用的對象的內存被回收之前采取一些必要的行動。

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