Java四大引用详解：强引用、软引用、弱引用、虚引用

在JDK1.2以前的版本中，当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，只有对象处于可触及状态，程序才能使用它。这就像在商店购买了某样物品后，如果有用就一直保留它，否则就把它扔到垃圾箱，由清洁工人收走。一般说来，如果物品已经被扔到垃圾箱，想再把它捡回来使用就不可能了。

但有时候情况并不这么简单，可能会遇到可有可无的"鸡肋"物品。这种物品现在已经无用了，保留它会占空间，但是立刻扔掉它也不划算，因为也许将来还会派用场。对于这样的可有可无的物品：如果家里空间足够，就先把它保留在家里，如果家里空间不够，即使把家里所有的垃圾清除，还是无法容纳那些必不可少的生活用品，那么再扔掉这些可有可无的物品。

在Java中，虽然不需要程序员手动去管理对象的生命周期，但是如果希望某些对象具备一定的生命周期的话（比如内存不足时JVM就会自动回收某些对象从而避免OutOfMemory的错误）就需要用到软引用和弱引用了。

从JDK 1.2版本开始，对象的引用被划分为4种级别，这4种级别由高到低依次为：强引用、软引用、弱引用和虚引用。Java中提供这四种引用类型主要有两个目的：第一是可以让程序员通过代码的方式决定某些对象的生命周期；第二是有利于JVM进行垃圾回收。

强引用

强引用是最普遍的引用，一般把一个对象赋给一个引用变量，这个引用变量就是强引用。比如下面这段代码中的object和str都是强引用：

Object object = new Object();
String str = "StrongReference";

在一个方法的内部有一个强引用，这个引用保存在Java栈中，而真正的引用内容保存在Java堆中。

特点

如果一个对象具有强引用，那就类似于必不可少的物品，不会被垃圾回收器回收。当内存空间不足，Java虚拟机宁愿抛出OutOfMemoryError错误，使程序异常终止，也不回收这种对象。

下面通过代码来证明以下：

public class StrongReference {
	public static void main(String[] args) {
		new StrongReference().method1();
	}
	public void method1(){
		Object object=new Object();
		Object[] objArr=new Object[Integer.MAX_VALUE];
	}
}

运行结果:

当运行至Object[] objArr = new Object[Integer.MAX_VALUE]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method1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。

回收强引用对象

如果想中断强引用和某个对象之间的关联，可以显示地将引用赋值为null，这样一来的话，JVM在合适的时间就会回收该对象。

比如ArraryList类的clear方法中就是通过将引用赋值为null来实现清理工作的:

public void clear() {
      modCount++;
 
      // Let gc do its work
      for (int i = 0; i < size; i++)
          elementData[i] = null;
 
      size = 0;
}

在ArrayList类中定义了一个私有的变量elementData数组，在调用方法清空数组时可以看到为每个数组内容赋值为null。不同于elementData=null，强引用仍然存在，避免在后续调用 add()等方法添加元素时进行重新的内存分配。使用如clear()方法中释放内存的方法对数组中存放的引用类型特别适用，这样就可以及时释放内存。

软引用

软引用是用来描述一些有用但并不是必需的对象，是一种相对强引用弱化了一些的引用，需要用java.lang.ref.SoftReference 类来实现。比如：

String str=new String("abc");                                     // 强引用
SoftReference<String> softRef=new SoftReference<String>(str);     // 软引用

特点

一个软引用中的对象，不会很快被JVM回收，JVM会根据当前堆的使用情况来判断何时回收，当堆的使用率超过阈值时，才回去回收软引用中的对象。因此，这一点可以很好地用来解决OOM的问题，并且这个特性很适合用来实现缓存：比如网页缓存、图片缓存等。

public class softRef {
    public static void main(String[] args) {
        Object obj = new Object();
        System.out.println("强引用对象地址："+obj);
        SoftReference softRef = new SoftReference<Object>(obj);
//删除强引用
        obj = null;
//调用gc
        System.gc();
        System.out.println("gc之后的值：" + softRef.get()); // 对象依然存在
    }
}

运行结果如下：

我们发现强引用被赋值为null后，弱引用中引用的obj对象并没有被回收。

引用队列

软引用也可以和一个引用队列联合使用，如果软引用中的对象（obj）被回收，那么软引用会被 JVM 加入关联的引用队列中。

下面是代码示例：

public class softRef {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ReferenceQueue<Object> referenceQueue = new ReferenceQueue<>();

        // 创建弱引用并添加到引用队列
        WeakReference<Object> weakReference = new WeakReference<>(new Object(), referenceQueue);

        // 手动触发垃圾回收
        System.gc();

        // 等待垃圾回收完成
        Thread.sleep(1000);

        // 判断弱引用是否被添加到引用队列中
        Reference<?> reference = referenceQueue.poll();
        if (reference != null && reference.equals(weakReference)) {
            System.out.println("弱引用已被添加到引用队列中");
        } else {
            System.out.println("弱引用未被添加到引用队列中");
        }
    }
}

运行结果如下：

引用队列（ReferenceQueue）作用

Queue的意义在于我们在外部可以对queue中的引用进行监控，当引用中的对象被回收后，我们可以对引用对象本身继续做一些清理操作，因为我们引用对象（softRef）也占有一定的资源。

应用场景

软引用通常用在对内存敏感的程序中，比如高速缓存就有用到软引用，内存够用的时候就保留，不够用就回收。

public Object getObject(Object key) {
    Object result = null;
    SoftReference<Object> softReference = (SoftReference)this.delegate.getObject(key);
    if (softReference != null) {
        result = softReference.get();
        if (result == null) {
            this.delegate.removeObject(key);
        } else {
            synchronized(this.hardLinksToAvoidGarbageCollection) {
                this.hardLinksToAvoidGarbageCollection.addFirst(result);
                if (this.hardLinksToAvoidGarbageCollection.size() > this.numberOfHardLinks) {
                    this.hardLinksToAvoidGarbageCollection.removeLast();
                }
            }
        }
    }
    return result;}

注意：软引用对象是在jvm内存使用率达到阈值的时候才会被回收，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。

弱引用

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。

特点

弱引用与软引用的区别在于：只具有弱引用的对象拥有更短暂的生命周期。在垃圾回收器线程扫描它所管辖的内存区域的过程中，一旦发现了只具有弱引用的对象，不管当前内存空间足够与否，都会回收它的内存。不过，由于垃圾回收器是一个优先级很低的线程，因此不一定会很快发现那些只具有弱引用的对象。所以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。

代码示例：


public class WeakReferenceDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Object o1 = new Object();
        WeakReference<Object> w1 = new WeakReference<Object>(o1);

        System.out.println(o1);
        System.out.println(w1.get());

        o1 = null;
        System.gc();

        System.out.println(o1);
        System.out.println(w1.get());
    }
}

运行结果如下：

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。

弱引用同样可以和一个引用队列（ReferenceQueue）联合使用，如果弱引用所引用的对象被垃圾回收，Java虚拟机就会把这个弱引用加入到与之关联的引用队列中。

引用场景

WeakHashMap

当key只有弱引用时，GC发现后会自动清理键和值，作为简单的缓存表解决方案。

ThreadLocal

ThreadLocal.ThreadLocalMap.Entry 继承了弱引用，key为当前线程实例，和WeakHashMap基本相同。

虚引用

虚引用和前面的软引用、弱引用不同，它并不影响对象的生命周期。在java中用java.lang.ref.PhantomReference类表示。如果一个对象与虚引用关联，则跟没有引用与之关联一样，在任何时候都可能被垃圾回收器回收。虚引用主要用来跟踪对象被垃圾回收的活动。

虚引用必须和引用队列关联使用，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，就会把这个虚引用加入到与之关联的引用队列中。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被垃圾回收。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。

代码示例：

  public static void main(String[] args) {
        ReferenceQueue<String> queue = new ReferenceQueue<String>();
        PhantomReference<String> pr = new PhantomReference<String>(new String("hello"), queue);
        System.out.println(pr.get());
    }

结果如下：