# 概念 Java 执行 GC 判断对象是否存活有两种方式： - 引用计数 - Java 堆中每一个对象都有一个引用计数属性，引用每新增 1 次计数加 1，引用每释放 1 次计数减 1。 - 对象可达性分析：通过一些列：“GC ROOTS” 的对象作为起点进行向下搜索，一旦对象没有在 “GC ROOTS” 中没有相连的引用链，那么该对象是可回收的； 在Java语言中，可作为GC Roots的对象包含以下几种： - 虚拟机栈(栈帧中的本地变量表)中引用的对象。(可以理解为:引用栈帧中的本地变量表的所有对象) - 方法区中静态属性引用的对象(可以理解为:引用方法区该静态属性的所有对象) - 方法区中常量引用的对象(可以理解为:引用方法区中常量的所有对象) - 本地方法栈中(Native方法)引用的对象(可以理解为:引用Native方法的所有对象) 在 JDK 1.2 以前的版本中，若一个对象不被任何变量引用，那么程序就无法再使用这个对象。也就是说，只有对象处于(reachable)可达状态，程序才能使用它。 从 JDK 1.2 版本开始，对象的引用被划分为 4 种级别，从而使程序能更加灵活地控制对象的生命周期。 这 4 种级别由高到低依次为： - 强引用 - 软引用 - 弱引用 - 虚引用 Java 中提供这四种引用类型主要有两个目的： - 可以让程序员通过代码的方式决定某些对象的生命周期 - 有利于JVM进行垃圾回收 # 强引用（StrongReference） 强引用就是指在程序代码之中普遍存在的，比如下面这段代码中的 object 和 str 都是强引用： ```java public void test() { String str = "hello"; } ``` 只要某个对象有强引用与之关联，GC 必定不会回收这个对象，即使在内存不足的情况下，Java 虚拟机宁愿抛出**OutOfMemoryError** 错误也不会回收这种对象。比如下面这段代码： ```java public static void main(String[] args) { fun1(); } public static void fun1() { Object object = new Object(); Object[] objArr = new Object[1000]; } ``` 当运行至 `Object[] objArr = new Object[1000]` 这段代码时，如果内存不足，JVM 会抛出 OOM 错误也不会回收 object 指向的对象。 不过要注意的是，当 fun1 运行完之后，object 和 objArr 都已经不存在了，所以它们指向的对象都会被 JVM 回收。 如果强引用对象**不使用时**，需要弱化从而使`GC`能够回收，如下： ```java str = null; ``` 显式地设置 `str` 对象为 `null`，或让其**超出**对象的**生命周期**范围，则 `GC` 认为该对象**不存在引用**，这时就可以回收这个对象。具体什么时候收集这要取决于 `GC` 算法。 在一个方法的内部有一个强引用，这个引用保存在 Java 栈中，而真正的引用内容 (Object) 保存在 Java 堆中。 当这个方法运行完成后，就会退出方法栈，则引用对象的引用数为0，这个对象会被回收。 但是如果这个 **str** 是**全局变量**时，就需要在不用这个对象时赋值为 null，因为强引用不会被垃圾回收。 # 软引用（SoftReference） 软引用对象，由垃圾收集器根据内存需求自行清除。软引用最常用于实现对内存敏感的缓存。 如果一个对象只具有**软引用**，则**内存空间充足**时，**垃圾回收器**就**不会**回收它；如果**内存空间不足**了，就会**回收**这些对象的内存。只要垃圾回收器没有回收它，该对象就可以被程序使用。 ```java public void test() { String str = new String("SoftReference"); SoftRenference<String> soft = new SoftRenference(str); } ``` 通过一个 SoftRenference 对象来创建一个软引用。 **软引用**还可以和一个**引用队列**(`ReferenceQueue`)联合使用。如果**软引用**所引用对象被**垃圾回收**，`JAVA`虚拟机就会把这个**软引用**加入到与之关联的**引用队列**中。 ```java @Test public void test1() { String string = "ReferenceQueue"; ReferenceQueue<String> queue = new ReferenceQueue<>(); SoftReference<String> reference = new SoftReference<>(string, queue); System.out.println(reference.get()); // ReferenceQueue System.out.println(queue.poll()); // null string = null; System.gc(); System.out.println(reference.get()); // ReferenceQueue System.out.println(queue.poll()); // null } ``` **注意：** 软引用对象是在 jvm 内存不够的时候才会被回收，我们调用 **System.gc()** 方法只是起通知作用，JVM 什么时候扫描回收对象是 JVM 自己的状态决定的。就算扫描到软引用对象也不一定会回收它，只有内存不够的时候才会回收。 当内存不足时，`JVM`首先将**软引用**中的**对象**引用置为`null`，然后通知**垃圾回收器**进行回收。也就是说，GC 会在虚拟机抛出 **OutOfMemoryError** 之前回收软引用对象，而且虚拟机会尽可能**优先回收长时间闲置**不用的软引用对象。对那些**刚构建**的或**刚使用**过的“较新的”软对象会被虚拟机**尽可能保留**，这就是引入引用队 ReferenceQueue 的原因。 **应用场景：** - 浏览器的后退按钮。按后退时，这个后退时显示的网页内容是重新进行请求还是从缓存中取出呢？这就要看具体的实现策略了。 - 如果一个网页在浏览结束时就进行内容的回收，则按后退查看前面浏览过的页面时，需要重新构建； 如果将浏览过的网页存储到内存中会造成内存的大量浪费，甚至会造成内存溢出。 **伪代码例子：** ```java public void test() { // 获取浏览器对象进行浏览 Browser browser = new 浏览器对象 // 从后台程序加载浏览页面 BrowserPage page = browser.getPage(); // 将浏览完毕的页面置为软引用 SoftReference softReference = new SoftReference(page); // 回退或者再次浏览此页面时 if(softReference.get() != null) { // 内存充足，还没有被回收器回收，直接获取缓存 page = softReference.get(); } else { // 内存不足，软引用的对象已经回收 page = browser.getPage(); // 重新构建软引用 softReference = new SoftReference(page); } } ``` # 弱引用（WeakReference） 弱引用也是用来描述**非必需对象**的，当JVM进行垃圾回收时，无论内存是否充足，都会回收被弱引用关联的对象。在java中，用java.lang.ref.WeakReference类来表示。 实例代码： ```java @Test public void test2() { String string = new String("WeakRenference"); WeakReference<String> weakReference = new WeakReference<>(string); System.out.println(weakReference.get()); // WeakRenference string = null; System.gc(); System.out.println(weakReference.get()); // null } ``` **注意：** 如果一个对象是偶尔(很少)的使用，并且希望在使用时随时就能获取到，但又不想影响此对象的 GC 垃圾回收，那么应该用 WeakReference 来记住此对象。 下面的代码会让一个**弱引用**再次**变**为一个**强引用**： ```java public void test() { String str = new String("abc"); WeakReference<String> weakReference = new WeakReference<>(str); // 弱引用转强引用 String strongReference = weakReference.get(); } ``` # 虚引用（PhantomReference） 虚引用顾名思义，就是形同虚设。与其他几种引用都不同，虚引用并不会决定对象的生命周期。如果一个对象仅持有虚引用，那么它就和没有任何引用一样，在任何时候都可能被垃圾回收器回收。 **应用场景：** - 虚引用主要用来跟踪对象被垃圾回收器回收的活动。 虚引用与软引用和弱引用的一个区别在于： - 虚引用**必须**和引用**队列**(ReferenceQueue)**联合使用**。 - 当垃圾回收器准备回收一个对象时，如果发现它还有虚引用，就会在回收对象的内存之前，把这个虚引用加入到与之关联的引用队列中。 ```java public void test() { String str = new String("abc"); ReferenceQueue queue = new ReferenceQueue(); // 创建虚引用，要求必须与一个引用队列关联 PhantomReference pr = new PhantomReference(str, queue); } ``` 程序可以通过判断引用队列中是否已经加入了虚引用，来了解被引用的对象是否将要进行垃圾回收。如果程序发现某个虚引用已经被加入到引用队列，那么就可以在所引用的对象的内存被回收之前采取必要的行动。 # **进一步理解软引用和弱引用** 对于强引用，我们平时在编写代码时经常会用到。而对于其他三种类型的引用，使用得最多的就是**软引用和弱引用**，这 2 种既有相似之处又有区别。它们都是用来**描述非必需对象**的，但是被**软引用**关联的对象只有在**内存不足时才会被回收，**而被**弱引用**关联的对象在 JVM 进行**垃圾回收时总会被回收。** 在 SoftReference 类中，有三个方法，两个构造方法和一个 get 方法（WekReference 类似）： 两个构造方法： ```java public SoftReference(T referent) { super(referent); this.timestamp = clock; } public SoftReference(T referent, ReferenceQueue<? super T> q) { super(referent, q); this.timestamp = clock; } ``` get 方法用来获取与软引用关联的对象的引用，如果该对象被回收了，则返回 null。 在使用软引用和弱引用的时候，我们可以显示地通过 System.gc() 来通知 JVM 进行垃圾回收，但是要注意的是，虽然发出了通知，JVM 不一定会立刻执行，也就是说这句是无法确保此时JVM一定会进行垃圾回收的。 # 如何利用软引用和弱引用解决OOM问题 下面举个例子，假如有一个应用需要读取大量的本地图片，如果每次读取图片都从硬盘读取，则会严重影响性能，但是如果全部加载到内存当中，又有可能造成内存溢出，此时使用软引用可以解决这个问题。 设计思路是： 用一个 HashMap 来保存图片的路径和相应图片对象关联的软引用之间的映射关系，在内存不足时，JVM 会自动回收这些缓存图片对象所占用的空间，从而有效地避免了 OOM 的问题。在 Android 开发中对于大量图片下载会经常用到。 ```java private Map<String, SoftReference<Bitmap>> imageCache = new HashMap<String, SoftReference<Bitmap>>(); public void addBitmapToCache(String path) { // 强引用的Bitmap对象 Bitmap bitmap = BitmapFactory.decodeFile(path); // 软引用的Bitmap对象 SoftReference<Bitmap> softBitmap = new SoftReference<Bitmap>(bitmap); // 添加该对象到Map中使其缓存 imageCache.put(path, softBitmap); } public Bitmap getBitmapByPath(String path) { // 从缓存中取软引用的Bitmap对象 SoftReference<Bitmap> softBitmap = imageCache.get(path); // 判断是否存在软引用 if (softBitmap == null) { return null; } // 取出Bitmap对象，如果由于内存不足Bitmap被回收，将取得空 Bitmap bitmap = softBitmap.get(); return bitmap; } ``` # 总结 Java 中 4 种引用的级别和强度由高到低依次为：**强引用 -> 软引用 -> 弱引用 -> 虚引用** 当垃圾回收器回收时，某些对象会被回收，某些不会被回收。垃圾回收器会从根对象Object来标记存活的对象，然后将某些不可达的对象和一些引用的对象进行回收。 通过表格来说明一下，如下： | 引用类型 | 被垃圾回收时间 | 用途 | 生存时间 | | -------- | -------------- | ------------------ | ------------------ | | 强引用 | 从来不会 | 对象的一般状态 | JVM 停止运行时终止 | | 软引用 | 当内存不足时 | 对象缓存 | 内存不足时终止 | | 弱引用 | 正常垃圾回收时 | 对象缓存 | 垃圾回收后终止 | | 虚引用 | 正常垃圾回收时 | 跟踪对象的垃圾回收 | 垃圾回收后终止 |