快捷導(dǎo)航

java中的Reference和引用類型實(shí)例精講

更新時(shí)間：2023年09月15日 09:29:06 作者：flydean

這篇文章主要為大家介紹了java中的Reference和引用類型示例詳解,有需要的朋友可以借鑒參考下,希望能夠有所幫助,祝大家多多進(jìn)步,早日升職加薪

簡介

java中有值類型也有引用類型，引用類型一般是針對(duì)于java中對(duì)象來說的，今天介紹一下java中的引用類型。java為引用類型專門定義了一個(gè)類叫做Reference。Reference是跟java垃圾回收機(jī)制息息相關(guān)的類，通過探討Reference的實(shí)現(xiàn)可以更加深入的理解java的垃圾回收是怎么工作的。

本文先從java中的四種引用類型開始，一步一步揭開Reference的面紗。

java中的四種引用類型分別是：強(qiáng)引用，軟引用，弱引用和虛引用。

強(qiáng)引用Strong Reference

java中的引用默認(rèn)就是強(qiáng)引用，任何一個(gè)對(duì)象的賦值操作就產(chǎn)生了對(duì)這個(gè)對(duì)象的強(qiáng)引用。

我們看一個(gè)例子：

public class StrongReferenceUsage {
    @Test
    public void stringReference(){
        Object obj = new Object();
    }
}

上面我們new了一個(gè)Object對(duì)象，并將其賦值給obj，這個(gè)obj就是new Object()的強(qiáng)引用。

強(qiáng)引用的特性是只要有強(qiáng)引用存在，被引用的對(duì)象就不會(huì)被垃圾回收。

軟引用Soft Reference

軟引用在java中有個(gè)專門的SoftReference類型，軟引用的意思是只有在內(nèi)存不足的情況下，被引用的對(duì)象才會(huì)被回收。

先看下SoftReference的定義：

public class SoftReference<T> extends Reference<T>

SoftReference繼承自Reference。它有兩種構(gòu)造函數(shù)：

public SoftReference(T referent)

和：

public SoftReference(T referent, ReferenceQueue<? super T> q)

第一個(gè)參數(shù)很好理解，就是軟引用的對(duì)象，第二個(gè)參數(shù)叫做ReferenceQueue，是用來存儲(chǔ)封裝的待回收Reference對(duì)象的，ReferenceQueue中的對(duì)象是由Reference類中的ReferenceHandler內(nèi)部類進(jìn)行處理的。

我們舉個(gè)SoftReference的例子：

@Test
    public void softReference(){
        Object obj = new Object();
        SoftReference<Object> soft = new SoftReference<>(obj);
        obj = null;
        log.info("{}",soft.get());
        System.gc();
        log.info("{}",soft.get());
    }

輸出結(jié)果：

22:50:43.733 [main] INFO com.flydean.SoftReferenceUsage - java.lang.Object@71bc1ae4
22:50:43.749 [main] INFO com.flydean.SoftReferenceUsage - java.lang.Object@71bc1ae4

可以看到在內(nèi)存充足的情況下，SoftReference引用的對(duì)象是不會(huì)被回收的。

弱引用weak Reference

weakReference和softReference很類似，不同的是weekReference引用的對(duì)象只要垃圾回收?qǐng)?zhí)行，就會(huì)被回收，而不管是否內(nèi)存不足。

同樣的WeakReference也有兩個(gè)構(gòu)造函數(shù)：

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

含義和SoftReference一致，這里就不再重復(fù)表述了。

我們看下弱引用的例子：

@Test
    public void weakReference() throws InterruptedException {
        Object obj = new Object();
        WeakReference<Object> weak = new WeakReference<>(obj);
        obj = null;
        log.info("{}",weak.get());
        System.gc();
        log.info("{}",weak.get());
    }

輸出結(jié)果：

22:58:02.019 [main] INFO com.flydean.WeakReferenceUsage - java.lang.Object@71bc1ae4
22:58:02.047 [main] INFO com.flydean.WeakReferenceUsage - null

我們看到gc過后，弱引用的對(duì)象被回收掉了。

虛引用PhantomReference

PhantomReference的作用是跟蹤垃圾回收器收集對(duì)象的活動(dòng)，在GC的過程中，如果發(fā)現(xiàn)有PhantomReference，GC則會(huì)將引用放到ReferenceQueue中，由程序員自己處理，當(dāng)程序員調(diào)用ReferenceQueue.pull()方法，將引用出ReferenceQueue移除之后，Reference對(duì)象會(huì)變成Inactive狀態(tài)，意味著被引用的對(duì)象可以被回收了。

和SoftReference和WeakReference不同的是，PhantomReference只有一個(gè)構(gòu)造函數(shù)，必須傳入ReferenceQueue：

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

看一個(gè)PhantomReference的例子：

@Slf4j
public class PhantomReferenceUsage {
    @Test
    public void usePhantomReference(){
        ReferenceQueue<Object> rq = new ReferenceQueue<>();
        Object obj = new Object();
        PhantomReference<Object> phantomReference = new PhantomReference<>(obj,rq);
        obj = null;
        log.info("{}",phantomReference.get());
        System.gc();
        Reference<Object> r = (Reference<Object>)rq.poll();
        log.info("{}",r);
    }
}

運(yùn)行結(jié)果：

07:06:46.336 [main] INFO com.flydean.PhantomReferenceUsage - null
07:06:46.353 [main] INFO com.flydean.PhantomReferenceUsage - java.lang.ref.PhantomReference@136432db

我們看到get的值是null，而GC過后，poll是有值的。

因?yàn)镻hantomReference引用的是需要被垃圾回收的對(duì)象，所以在類的定義中，get一直都是返回null：

public T get() {
        return null;
    }

Reference和ReferenceQueue

講完上面的四種引用,接下來我們談一下他們的父類Reference和ReferenceQueue的作用。

Reference是一個(gè)抽象類，每個(gè)Reference都有一個(gè)指向的對(duì)象，在Reference中有5個(gè)非常重要的屬性：referent，next，discovered，pending，queue。

private T referent;         /* Treated specially by GC */
volatile ReferenceQueue<? super T> queue;
Reference next;
transient private Reference<T> discovered;  /* used by VM */
private static Reference<Object> pending = null;

每個(gè)Reference都可以看成是一個(gè)節(jié)點(diǎn)，多個(gè)Reference通過next，discovered和pending這三個(gè)屬性進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

先用一張圖來對(duì)Reference有個(gè)整體的概念：

referent就是Reference實(shí)際引用的對(duì)象。

通過next屬性，可以構(gòu)建ReferenceQueue。

通過discovered屬性，可以構(gòu)建Discovered List。

通過pending屬性，可以構(gòu)建Pending List。

四大狀態(tài)

在講這三個(gè)Queue/List之前，我們先講一下Reference的四個(gè)狀態(tài)：

從上面的圖中，我們可以看到一個(gè)Reference可以有四個(gè)狀態(tài)。

因?yàn)镽eference有兩個(gè)構(gòu)造函數(shù)，一個(gè)帶ReferenceQueue,一個(gè)不帶。

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

對(duì)于帶ReferenceQueue的Reference，GC會(huì)把要回收對(duì)象的Reference放到ReferenceQueue中，后續(xù)該Reference需要程序員自己處理（調(diào)用poll方法）。

不帶ReferenceQueue的Reference，由GC自己處理，待回收的對(duì)象其Reference狀態(tài)會(huì)變成Inactive。

創(chuàng)建好了Reference，就進(jìn)入active狀態(tài)。

active狀態(tài)下，如果引用對(duì)象的可到達(dá)狀態(tài)發(fā)送變化就會(huì)轉(zhuǎn)變成Inactive或Pending狀態(tài)。

Inactive狀態(tài)很好理解，到達(dá)Inactive狀態(tài)的Reference狀態(tài)不能被改變，會(huì)等待GC回收。

Pending狀態(tài)代表等待入Queue，Reference內(nèi)部有個(gè)ReferenceHandler，會(huì)調(diào)用enqueue方法，將Pending對(duì)象入到Queue中。

入Queue的對(duì)象，其狀態(tài)就變成了Enqueued。

Enqueued狀態(tài)的對(duì)象，如果調(diào)用poll方法從ReferenceQueue拿出，則該Reference的狀態(tài)就變成了Inactive，等待GC的回收。

這就是Reference的一個(gè)完整的生命周期。

三個(gè)Queue/List

有了上面四個(gè)狀態(tài)的概念，我們接下來講三個(gè)Queue/List：ReferenceQueue，discovered List和pending List。

ReferenceQueue在講狀態(tài)的時(shí)候已經(jīng)講過了，它本質(zhì)是由Reference中的next連接而成的。用來存儲(chǔ)GC待回收的對(duì)象。

pending List就是待入ReferenceQueue的list。

discovered List這個(gè)有點(diǎn)特別，在Pending狀態(tài)時(shí)候，discovered List就等于pending List。

在Active狀態(tài)的時(shí)候，discovered List實(shí)際上維持的是一個(gè)引用鏈。通過這個(gè)引用鏈，我們可以獲得引用的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，當(dāng)某個(gè)Reference狀態(tài)不再是Active狀態(tài)時(shí)，需要將這個(gè)Reference從discovered List中刪除。

WeakHashMap

最后講一下WeakHashMap，WeakHashMap跟WeakReference有點(diǎn)類似，在WeakHashMap如果key不再被使用，被賦值為null的時(shí)候，該key對(duì)應(yīng)的Entry會(huì)自動(dòng)從WeakHashMap中刪除。

我們舉個(gè)例子：

@Test
    public void useWeakHashMap(){
        WeakHashMap<Object, Object> map = new WeakHashMap<>();
        Object key1= new Object();
        Object value1= new Object();
        Object key2= new Object();
        Object value2= new Object();
        map.put(key1, value1);
        map.put(key2, value2);
        log.info("{}",map);
        key1 = null;
        System.gc();
        log.info("{}",map);
    }

輸出結(jié)果：

[main] INFO com.flydean.WeakHashMapUsage - {java.lang.Object@14899482=java.lang.Object@2437c6dc, java.lang.Object@11028347=java.lang.Object@1f89ab83}
[main] INFO com.flydean.WeakHashMapUsage - {java.lang.Object@14899482=java.lang.Object@2437c6dc}

可以看到gc過后，WeakHashMap只有一個(gè)Entry了。