一文读懂java中的Reference和引用类型
简介
java中有值类型也有引用类型,引用类型一般是针对于java中对象来说的,今天介绍一下java中的引用类型。java为引用类型专门定义了一个类叫做Reference。Reference是跟java垃圾回收机制息息相关的类,通过探讨Reference的实现可以更加深入的理解java的垃圾回收是怎么工作的。
本文先从java中的四种引用类型开始,一步一步揭开Reference的面纱。
java中的四种引用类型分别是:强引用,软引用,弱引用和虚引用。
强引用Strong Reference
java中的引用默认就是强引用,任何一个对象的赋值操作就产生了对这个对象的强引用。
我们看一个例子:
public class StrongReferenceUsage {
@Test
public void stringReference(){
Object obj = new Object();
}
}
上面我们new了一个Object对象,并将其赋值给obj,这个obj就是new Object()的强引用。
强引用的特性是只要有强引用存在,被引用的对象就不会被垃圾回收。
软引用Soft Reference
软引用在java中有个专门的SoftReference类型,软引用的意思是只有在内存不足的情况下,被引用的对象才会被回收。
先看下SoftReference的定义:
public class SoftReference<T> extends Reference<T>
SoftReference继承自Reference。它有两种构造函数:
public SoftReference(T referent)
和:
public SoftReference(T referent, ReferenceQueue<? super T> q)
第一个参数很好理解,就是软引用的对象,第二个参数叫做ReferenceQueue,是用来存储封装的待回收Reference对象的,ReferenceQueue中的对象是由Reference类中的ReferenceHandler内部类进行处理的。
我们举个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());
}
输出结果:
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
可以看到在内存充足的情况下,SoftReference引用的对象是不会被回收的。
弱引用weak Reference
weakReference和softReference很类似,不同的是weekReference引用的对象只要垃圾回收执行,就会被回收,而不管是否内存不足。
同样的WeakReference也有两个构造函数:
public WeakReference(T referent);
public WeakReference(T referent, ReferenceQueue<? super T> q);
含义和SoftReference一致,这里就不再重复表述了。
我们看下弱引用的例子:
@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());
}
输出结果:
22:58:02.019 [main] INFO com.flydean.WeakReferenceUsage - java.lang.Object@71bc1ae4
22:58:02.047 [main] INFO com.flydean.WeakReferenceUsage - null
我们看到gc过后,弱引用的对象被回收掉了。
虚引用PhantomReference
PhantomReference的作用是跟踪垃圾回收器收集对象的活动,在GC的过程中,如果发现有PhantomReference,GC则会将引用放到ReferenceQueue中,由程序员自己处理,当程序员调用ReferenceQueue.pull()方法,将引用出ReferenceQueue移除之后,Reference对象会变成Inactive状态,意味着被引用的对象可以被回收了。
和SoftReference和WeakReference不同的是,PhantomReference只有一个构造函数,必须传入ReferenceQueue:
public PhantomReference(T referent, ReferenceQueue<? super T> q)
看一个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);
}
}
运行结果:
07:06:46.336 [main] INFO com.flydean.PhantomReferenceUsage - null
07:06:46.353 [main] INFO com.flydean.PhantomReferenceUsage - java.lang.ref.PhantomReference@136432db
我们看到get的值是null,而GC过后,poll是有值的。
因为PhantomReference引用的是需要被垃圾回收的对象,所以在类的定义中,get一直都是返回null:
public T get() {
return null;
}
Reference和ReferenceQueue
讲完上面的四种引用,接下来我们谈一下他们的父类Reference和ReferenceQueue的作用。
Reference是一个抽象类,每个Reference都有一个指向的对象,在Reference中有5个非常重要的属性: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;
每个Reference都可以看成是一个节点,多个Reference通过next,discovered和pending这三个属性进行关联。
先用一张图来对Reference有个整体的概念:
referent就是Reference实际引用的对象。
通过next属性,可以构建ReferenceQueue。
通过discovered属性,可以构建Discovered List。
通过pending属性,可以构建Pending List。
四大状态
在讲这三个Queue/List之前,我们先讲一下Reference的四个状态:
从上面的图中,我们可以看到一个Reference可以有四个状态。
因为Reference有两个构造函数,一个带ReferenceQueue,一个不带。
Reference(T referent) {
this(referent, null);
}
Reference(T referent, ReferenceQueue<? super T> queue) {
this.referent = referent;
this.queue = (queue == null) ? ReferenceQueue.NULL : queue;
}
对于带ReferenceQueue的Reference,GC会把要回收对象的Reference放到ReferenceQueue中,后续该Reference需要程序员自己处理(调用poll方法)。
不带ReferenceQueue的Reference,由GC自己处理,待回收的对象其Reference状态会变成Inactive。
创建好了Reference,就进入active状态。
active状态下,如果引用对象的可到达状态发送变化就会转变成Inactive或Pending状态。
Inactive状态很好理解,到达Inactive状态的Reference状态不能被改变,会等待GC回收。
Pending状态代表等待入Queue,Reference内部有个ReferenceHandler,会调用enqueue方法,将Pending对象入到Queue中。
入Queue的对象,其状态就变成了Enqueued。
Enqueued状态的对象,如果调用poll方法从ReferenceQueue拿出,则该Reference的状态就变成了Inactive,等待GC的回收。
这就是Reference的一个完整的生命周期。
三个Queue/List
有了上面四个状态的概念,我们接下来讲三个Queue/List:ReferenceQueue,discovered List和pending List。
ReferenceQueue在讲状态的时候已经讲过了,它本质是由Reference中的next连接而成的。用来存储GC待回收的对象。
pending List就是待入ReferenceQueue的list。
discovered List这个有点特别,在Pending状态时候,discovered List就等于pending List。
在Active状态的时候,discovered List实际上维持的是一个引用链。通过这个引用链,我们可以获得引用的链式结构,当某个Reference状态不再是Active状态时,需要将这个Reference从discovered List中删除。
WeakHashMap
最后讲一下WeakHashMap,WeakHashMap跟WeakReference有点类似,在WeakHashMap如果key不再被使用,被赋值为null的时候,该key对应的Entry会自动从WeakHashMap中删除。
我们举个例子:
@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);
}
输出结果:
[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过后,WeakHashMap只有一个Entry了。
总结
本文讲解了4个java中的引用类型,并深入探讨了Reference的内部机制,感兴趣的小伙伴可以留言一起讨论。
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今天的文章一文读懂java中的Reference和引用类型分享到此就结束了,感谢您的阅读。
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