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：

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：

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：

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。

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。

@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：

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：

@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：

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。

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：

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。

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：