SoftReference、Weak Reference和PhantomRefrence分析和比较

原文：http://hi.baidu.com/huazai30000/item/3391a0964bc4bcd01b49df12

本文将谈一下对SoftReference(软引用)、WeakReference(弱引用)和PhantomRefrence(虚引用)的理解,这三个类是对heap中java对象的应用，通过这个三个类可以和gc做简单的交互。

强引用：

除了上面提到的三个引用之外,还有一个引用,也就是最长用到的那就是强引用.例如：

Java代码

Object o=new Object();    
Object o1=o;   

上面代码中第一句是在heap堆中创建新的Object对象通过o引用这个对象，第二句是通过o建立o1到new Object()这个heap堆中的对象的引用，这两个引用都是强引用.只要存在对heap中对象的引用，gc就不会收集该对象.如果通过如下代码：

Java代码

o=null;    
o1=null;   

如果显式地设置o和o1为null，或超出范围，则gc认为该对象不存在引用，这时就可以收集它了。可以收集并不等于就一会被收集，什么时候收集这要取决于gc的算法，这要就带来很多不确定性。例如你就想指定一个对象，希望下次gc运行时把它收集了，那就没办法了，有了其他的三种引用就可以做到了。其他三种引用在不妨碍gc收集的情况下，可以做简单的交互。

heap中对象有强可及对象、软可及对象、弱可及对象、虚可及对象和不可到达对象。

应用的强弱顺序是强、软、弱、和虚。对于对象是属于哪种可及的对象，由他的最强的引用决定。如下：

Java代码

String abc=new String("abc");  //1    
SoftReference<String> abcSoftRef=new SoftReference<String>(abc);  //2    
WeakReference<String> abcWeakRef = new WeakReference<String>(abc); //3    
abc=null; //4    
abcSoftRef.clear();//5 

上面的代码中：
第一行在heap对中创建内容为“abc”的对象，并建立abc到该对象的强引用,该对象是强可及的。
第二行和第三行分别建立对heap中对象的软引用和弱引用，此时heap中的对象仍是强可及的。
第四行之后heap中对象不再是强可及的，变成软可及的。同样第五行执行之后变成弱可及的。

SoftReference(软引用)

软引用是主要用于内存敏感的高速缓存。在jvm报告内存不足之前会清除所有的软引用，这样以来gc就有可能收集软可及的对象，可能解决内存吃紧问题，避免内存溢出。什么时候会被收集取决于gc的算法和gc运行时可用内存的大小。当gc决定要收集软引用是执行以下过程,以上面的abcSoftRef为例：

1 首先将abcSoftRef的referent设置为null，不再引用heap中的new String("abc")对象。
2 将heap中的new String("abc")对象设置为可结束的(finalizable)。
3 当heap中的new String("abc")对象的finalize()方法被运行而且该对象占用的内存被释放， abcSoftRef被添加到它的ReferenceQueue中。

注:对ReferenceQueue软引用和弱引用可以有可无，但是虚引用必须有，参见：

Java代码
Reference(T paramT, ReferenceQueue<? super T>paramReferenceQueue)

被 Soft Reference指到的对象，即使没有任何 Direct Reference，也不会被清除。一直要到 JVM内存不足且没有 Direct Reference时才会清除，SoftReference是用来设计 object-cache之用的。如此一来 SoftReference不但可以把对象 cache起来，也不会造成内存不足的错误（OutOfMemoryError）。我觉得 Soft Reference也适合拿来实作 pooling的技巧。

     A obj = new A(); 
SoftRefenrence sr = new SoftReference(obj); 
    引用时
    if(sr!=null){ 
        obj = sr.get(); 
    }else{ 
        obj = new A(); 
        sr = new SoftReference(obj); 
    } 

例子说明：

创建一个SoftReference：

Object obj = new Object();  
SoftReference softRef = new SoftReference(obj);  
obj = null;  

最后那句“obj = null”很重要。如果不将obj设置成null，那么new出来的Object就会有一个"strong reference"，如果这样，softRef就不能发挥作用了。

使用SoftReferene:

Object obj2;  
obj2 = sr.get();  
if (obj2 == null) // GC freed this  
sr = new SoftReference(obj2 = new Object());

因为是SoftReference，所以有可能已经被GC回收了，所以需要判断sr.get()的返回值是否为null。如果是的话，就再重新new一个Object。这里的最后一行代码也很有讲究，比如，也许会这么写：

Object obj2;  
obj2 = sr.get();  
if (obj2 == null) {  
    sr = new SoftReference(new Object());  
    obj2 = sr.get();  
} 

这样的问题就在于GC可能发生在"sr = new SoftReference(new Object());"和"obj2 = sr.get()"之间，那么obj2仍然有可能为null。

弱引用

当gc碰到弱可及对象，并释放abcWeakRef的引用，收集该对象。但是gc可能需要对此运用才能找到该弱可及对象。通过如下代码可以明了的看出它的作用：

Java代码

String abc=new String("abc");    
WeakReference<String> abcWeakRef = new WeakReference<String>(abc);    
abc=null;    
System.out.println("before gc: "+abcWeakRef.get());    
System.gc();    
System.out.println("after gc: "+abcWeakRef.get());   

运行结果:
before gc: abc
after gc: null

gc收集弱可及对象的执行过程和软可及一样，只是gc不会根据内存情况来决定是不是收集该对象。

如果你希望能随时取得某对象的信息，但又不想影响此对象的垃圾收集，那么你应该用WeakReference来记住此对象，而不是用一般的reference。

    A obj = new A(); 
    WeakReference wr = new WeakReference(obj); 
    obj = null; 
    //等待一段时间，obj对象就会被垃圾回收
　　... 
　　if (wr.get()==null) { 
　　System.out.println("obj 已经被清除了 "); 
　　} else { 
　　System.out.println("obj 尚未被清除，其信息是 "+obj.toString());
　　}
　　...
}

在此例中，透过 get()可以取得此 Reference的所指到的对象，如果返回值为 null的话，代表此对象已经被清除。

这类的技巧，在设计 Optimizer或 Debugger这类的程序时常会用到，因为这类程序需要取得某对象的信息，但是不可以影响此对象的垃圾收集。

PhantomRefrence(虚引用)

虚顾名思义就是没有的意思，建立虚引用之后通过get方法返回结果始终为null,通过源代码你会发现,虚引用通向会把引用的对象写进referent,只是get方法返回结果为null.先看一下和gc交互的过程在说一下他的作用.

1不把referent设置为null,直接把heap中的new String("abc")对象设置为可结束的(finalizable).

2与软引用和弱引用不同,先把PhantomRefrence对象添加到它的ReferenceQueue中.然后在释放虚可及的对象.

你会发现在收集heap中的new String("abc")对象之前,你就可以做一些其他的事情.通过以下代码可以了解他的作用.

Java代码

import java.lang.ref.PhantomReference;    
import java.lang.ref.Reference;    
import java.lang.ref.ReferenceQueue;    
import java.lang.reflect.Field;    
   
public class Test {    
   public static boolean isRun = true;    
  
   public static void main(String[] args) throws Exception {    
       String abc = new String("abc");    
       System.out.println(abc.getClass() + "@" + abc.hashCode());    
       final ReferenceQueue referenceQueue = new ReferenceQueue<String>();    
       new Thread() {    
           public void run() {    
               while (isRun) {    
                  Object o = referenceQueue.poll();    
                  if (o != null) {    
                       try {    
                           Field rereferent = Reference.class   
                                    .getDeclaredField("referent");    
                            rereferent.setAccessible(true);    
                           Object result = rereferent.get(o);    
                          System.out.println("gc will collect:"   
                                  + result.getClass() + "@"   
                                 + result.hashCode());    
                      } catch (Exception e) {    
                           e.printStackTrace();    
                     }    
                  }    
                }    
           }    
        }.start();    
       PhantomReference<String> abcWeakRef = new PhantomReference<String>(abc,    
                referenceQueue);    
      abc = null;    
       Thread.currentThread().sleep(3000);    
       System.gc();    
       Thread.currentThread().sleep(3000);    
       isRun = false;    
    }    
   
} 

结果为
class java.lang.String@96354
gc will collect:class java.lang.String@96354