1．Java對象的強、軟、弱和虛引用
在JDK 1.2以前的版本中，若一個對象不被任何變量引用，那么程序就無法再使用這個對象。也就是說，只有對象處于可觸及（reachable）狀態(tài)，程序才能使用它。從JDK 1.2版本開始，把對象的引用分為4種級別，從而使程序能更加靈活地控制對象的生命周期。這4種級別由高到低依次為：強引用、軟引用、弱引用和虛引用。圖 1為對象應(yīng)用類層次。
圖1
⑴強引用（StrongReference）
強引用是使用最普遍的引用。如果一個對象具有強引用，那垃圾回收器絕不會回收它。當內(nèi)存空間不足，Java虛擬機寧愿拋出OutOfMemoryError錯誤，使程序異常終止，也不會靠隨意回收具有強引用的對象來解決內(nèi)存不足的問題。
⑵軟引用（SoftReference）
如果一個對象只具有軟引用，則內(nèi)存空間足夠，垃圾回收器就不會回收它；如果內(nèi)存空間不足了，就會回收這些對象的內(nèi)存。只要垃圾回收器沒有回收它，該對象就可以被程序使用。軟引用可用來實現(xiàn)內(nèi)存敏感的高速緩存（下文給出示例）。
軟引用可以和一個引用隊列（ReferenceQueue）聯(lián)合使用，如果軟引用所引用的對象被垃圾回收器回收，Java虛擬機就會把這個軟引用加入到與之關(guān)聯(lián)的引用隊列中。
⑶弱引用（WeakReference）
弱引用與軟引用的區(qū)別在于：只具有弱引用的對象擁有更短暫的生命周期。在垃圾回收器線程掃描它所管轄的內(nèi)存區(qū)域的過程中，一旦發(fā)現(xiàn)了只具有弱引用的對象，不管當前內(nèi)存空間足夠與否，都會回收它的內(nèi)存。不過，由于垃圾回收器是一個優(yōu)先級很低的線程，因此不一定會很快發(fā)現(xiàn)那些只具有弱引用的對象。
弱引用可以和一個引用隊列（ReferenceQueue）聯(lián)合使用，如果弱引用所引用的對象被垃圾回收，Java虛擬機就會把這個弱引用加入到與之關(guān)聯(lián)的引用隊列中。
⑷虛引用（PhantomReference）
“虛引用”顧名思義，就是形同虛設(shè)，與其他幾種引用都不同，虛引用并不會決定對象的生命周期。如果一個對象僅持有虛引用，那么它就和沒有任何引用一樣，在任何時候都可能被垃圾回收器回收。
虛引用主要用來跟蹤對象被垃圾回收器回收的活動。虛引用與軟引用和弱引用的一個區(qū)別在于：虛引用必須和引用隊列 （ReferenceQueue）聯(lián)合使用。當垃圾回收器準備回收一個對象時，如果發(fā)現(xiàn)它還有虛引用，就會在回收對象的內(nèi)存之前，把這個虛引用加入到與之 關(guān)聯(lián)的引用隊列中。
- ReferenceQueue queue = new ReferenceQueue ();
- PhantomReference pr = new PhantomReference (object, queue);
程序可以通過判斷引用隊列中是否已經(jīng)加入了虛引用，來了解被引用的對象是否將要被垃圾回收。如果程序發(fā)現(xiàn)某個虛引用已經(jīng)被加入到引用隊列，那么就可以在所引用的對象的內(nèi)存被回收之前采取必要的行動。
2．Java對象可及性的判斷
在很多時候，一個對象并不是從根集直接引用的，而是一個對象被其他對象引用，甚至同時被幾個對象所引用，從而構(gòu)成一個以根集為頂?shù)臉湫谓Y(jié)構(gòu)。如圖2所示
在這個樹形的引用鏈中，箭頭的方向代表了引用的方向，所指向的對象是被引用對象。由圖可以看出，從根集到一個對象可以由很多條路徑。比如到達對象5的路徑就有①-⑤，③-⑦兩條路徑。由此帶來了一個問題，那就是某個對象的可及性如何判斷:
◆單條引用路徑可及性判斷:在這條路徑中，最弱的一個引用決定對象的可及性。
◆多條引用路徑可及性判斷:幾條路徑中，最強的一條的引用決定對象的可及性。
比如，我們假設(shè)圖2中引用①和③為強引用，⑤為軟引用，⑦為弱引用，對于對象5按照這兩個判斷原則，路徑①-⑤取最弱的引用⑤，因此該路徑對對象5的引用為軟引用。同樣，③-⑦為弱引用。在這兩條路徑之間取最強的引用，于是對象5是一個軟可及對象。
3．使用軟引用構(gòu)建敏感數(shù)據(jù)的緩存
3.1 為什么需要使用軟引用
首先，我們看一個雇員信息查詢系統(tǒng)的實例。我們將使用一個Java語言實現(xiàn)的雇員信息查詢系統(tǒng)查詢存儲在磁盤文件或者數(shù)據(jù)庫中的雇員人事檔案信息。作為一個用戶，我們完全有可能需要回頭去查看幾分鐘甚至幾秒鐘前查看過的雇員檔案信息(同樣，我們在瀏覽WEB頁面的時候也經(jīng)常會使用“后退”按鈕)。這時我們通常會有兩種程序?qū)崿F(xiàn)方式:一種是把過去查看過的雇員信息保存在內(nèi)存中，每一個存儲了雇員檔案信息的Java對象的生命周期貫穿整個應(yīng)用程序始終; 另一種是當用戶開始查看其他雇員的檔案信息的時候，把存儲了當前所查看的雇員檔案信息的Java對象結(jié)束引用，使得垃圾收集線程可以回收其所占用的內(nèi)存空間，當用戶再次需要瀏覽該雇員的檔案信息的時候，重新構(gòu)建該雇員的信息。很顯然，第一種實現(xiàn)方法將造成大量的內(nèi)存浪費，而第二種實現(xiàn)的缺陷在于即使垃圾收集線程還沒有進行垃圾收集，包含雇員檔案信息的對象仍然完好地保存在內(nèi)存中，應(yīng)用程序也要重新構(gòu)建一個對象。我們知道，訪問磁盤文件、訪問網(wǎng)絡(luò)資源、查詢數(shù)據(jù)庫等操作都是影響應(yīng)用程序執(zhí)行性能的重要因素，如果能重新獲取那些尚未被回收的Java對象的引用，必將減少不必要的訪問，大大提高程序的運行速度。
3.2 如果使用軟引用
SoftReference的特點是它的一個實例保存對一個Java對象的軟引用，該軟引用的存在不妨礙垃圾收集線程對該Java對象的回收。也就是說，一旦SoftReference保存了對一個Java對象的軟引用后，在垃圾線程對這個Java對象回收前，SoftReference類所提供的 get()方法返回Java對象的強引用。另外，一旦垃圾線程回收該Java對象之后，get()方法將返回null。
看下面代碼:
- MyObject aRef = new MyObject();
- SoftReference aSoftRef=new SoftReference(aRef);
此時，對于這個MyObject對象，有兩個引用路徑，一個是來自SoftReference對象的軟引用，一個來自變量aReference的強引用，所以這個MyObject對象是強可及對象。
隨即，我們可以結(jié)束aReference對這個MyObject實例的強引用:
aRef = null;
此后，這個MyObject對象成為了軟可及對象。如果垃圾收集線程進行內(nèi)存垃圾收集，并不會因為有一個SoftReference對該對象的引用而始終保留該對象。Java虛擬機的垃圾收集線程對軟可及對象和其他一般Java對象進行了區(qū)別對待:軟可及對象的清理是由垃圾收集線程根據(jù)其特定算法按照內(nèi)存需求決定的。也就是說，垃圾收集線程會在虛擬機拋出OutOfMemoryError之前回收軟可及對象，而且虛擬機會盡可能優(yōu)先回收長時間閑置不用的軟可及對象，對那些剛剛構(gòu)建的或剛剛使用過的“新”軟可反對象會被虛擬機盡可能保留。在回收這些對象之前，我們可以通過:
MyObject anotherRef=(MyObject)aSoftRef.get();
重新獲得對該實例的強引用。而回收之后，調(diào)用get()方法就只能得到null了。
3.3 使用ReferenceQueue清除失去了軟引用對象的SoftReference
作為一個Java對象，SoftReference對象除了具有保存軟引用的特殊性之外，也具有Java對象的一般性。所以，當軟可及對象被回收之后，雖然這個SoftReference對象的get()方法返回null,但這個SoftReference對象已經(jīng)不再具有存在的價值，需要一個適當?shù)那宄龣C制，避免大量SoftReference對象帶來的內(nèi)存泄漏。在java.lang.ref包里還提供了ReferenceQueue。如果在創(chuàng)建SoftReference對象的時候，使用了一個ReferenceQueue對象作為參數(shù)提供給SoftReference的構(gòu)造方法，如:
- ReferenceQueue queue = new ReferenceQueue();
- SoftReference ref=new SoftReference(aMyObject, queue);
那么當這個SoftReference所軟引用的aMyOhject被垃圾收集器回收的同時，ref所強引用的SoftReference對象被列入ReferenceQueue。也就是說，ReferenceQueue中保存的對象是Reference對象，而且是已經(jīng)失去了它所軟引用的對象的 Reference對象。另外從ReferenceQueue這個名字也可以看出，它是一個隊列，當我們調(diào)用它的poll()方法的時候，如果這個隊列中不是空隊列，那么將返回隊列前面的那個Reference對象。
在任何時候，我們都可以調(diào)用ReferenceQueue的poll()方法來檢查是否有它所關(guān)心的非強可及對象被回收。如果隊列為空，將返回一個 null,否則該方法返回隊列中前面的一個Reference對象。利用這個方法，我們可以檢查哪個SoftReference所軟引用的對象已經(jīng)被回收。于是我們可以把這些失去所軟引用的對象的SoftReference對象清除掉。常用的方式為:
- SoftReference ref = null;
- while ((ref = (EmployeeRef) q.poll()) != null) {
-
- }
理解了ReferenceQueue的工作機制之后，我們就可以開始構(gòu)造一個Java對象的高速緩存器了。
3.4通過軟可及對象重獲方法實現(xiàn)Java對象的高速緩存
利用Java2平臺垃圾收集機制的特性以及前述的垃圾對象重獲方法，我們通過一個雇員信息查詢系統(tǒng)的小例子來說明如何構(gòu)建一種高速緩存器來避免重復構(gòu)建同一個對象帶來的性能損失。我們將一個雇員的檔案信息定義為一個Employee類:
- public class Employee {
- private String id;
- private String name;
- private String department;
- private String Phone;
- private int salary;
- private String origin;
-
-
- public Employee(String id) {
- this.id = id;
- getDataFromlnfoCenter();
- }
-
-
- private void getDataFromlnfoCenter() {
-
-
-
- }
- ……
這個Employee類的構(gòu)造方法中我們可以預(yù)見，如果每次需要查詢一個雇員的信息。哪怕是幾秒中之前剛剛查詢過的，都要重新構(gòu)建一個實例，這是需要消耗很多時間的。下面是一個對Employee對象進行緩存的緩存器的定義:
- import java.lang.ref.ReferenceQueue;
- import java.lang.ref.SoftReference;
- import java.util.Hashtable;
- public class EmployeeCache {
- static private EmployeeCache cache;
- private Hashtable employeeRefs;
- private ReferenceQueue q;
-
-
-
- private class EmployeeRef extends SoftReference {
- private String _key = "";
-
- public EmployeeRef(Employee em, ReferenceQueue q) {
- super(em, q);
- _key = em.getID();
- }
- }
-
-
- private EmployeeCache() {
- employeeRefs = new Hashtable();
- q = new ReferenceQueue();
- }
-
-
- public static EmployeeCache getInstance() {
- if (cache == null) {
- cache = new EmployeeCache();
- }
- return cache;
- }
-
-
- private void cacheEmployee(Employee em) {
- cleanCache();
- EmployeeRef ref = new EmployeeRef(em, q);
- employeeRefs.put(em.getID(), ref);
- }
-
-
- public Employee getEmployee(String ID) {
- Employee em = null;
-
- if (employeeRefs.containsKey(ID)) {
- EmployeeRef ref = (EmployeeRef) employeeRefs.get(ID);
- em = (Employee) ref.get();
- }
-
-
- if (em == null) {
- em = new Employee(ID);
- System.out.println("Retrieve From EmployeeInfoCenter. ID=" + ID);
- this.cacheEmployee(em);
- }
- return em;
- }
-
-
- private void cleanCache() {
- EmployeeRef ref = null;
- while ((ref = (EmployeeRef) q.poll()) != null) {
- employeeRefs.remove(ref._key);
- }
- }
-
-
- public void clearCache() {
- cleanCache();
- employeeRefs.clear();
- System.gc();
- System.runFinalization();
- }
- }
-
4．使用弱引用構(gòu)建非敏感數(shù)據(jù)的緩存
4.1全局 Map 造成的內(nèi)存泄漏
無意識對象保留最常見的原因是使用Map將元數(shù)據(jù)與臨時對象（transient object）相關(guān)聯(lián)。假定一個對象具有中等生命周期，比分配它的那個方法調(diào)用的生命周期長，但是比應(yīng)用程序的生命周期短，如客戶機的套接字連接。需要將一些元數(shù)據(jù)與這個套接字關(guān)聯(lián)，如生成連接的用戶的標識。在創(chuàng)建Socket時是不知道這些信息的，并且不能將數(shù)據(jù)添加到Socket對象上，因為不能控制 Socket 類或者它的子類。這時，典型的方法就是在一個全局 Map 中存儲這些信息，如下面的 SocketManager 類所示：使用一個全局 Map 將元數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)到一個對象。
- public class SocketManager {
- private Map m = new HashMap();
-
- public void setUser(Socket s, User u) {
- m.put(s, u);
- }
-
- public User getUser(Socket s) {
- return m.get(s);
- }
-
- public void removeUser(Socket s) {
- m.remove(s);
- }
- }
- 這種方法的問題是元數(shù)據(jù)的生命周期需要與套接字的生命周期掛鉤，但是除非準確地知道什么時候程序不再需要這個套接字，并記住從 Map 中刪除相應(yīng)的映射，否則，Socket 和 User 對象將會永遠留在 Map 中，遠遠超過響應(yīng)了請求和關(guān)閉套接字的時間。這會阻止 Socket 和 User 對象被垃圾收集，即使應(yīng)用程序不會再使用它們。這些對象留下來不受控制，很容易造成程序在長時間運行后內(nèi)存爆滿。除了最簡單的情況，在幾乎所有情況下找出什么時候 Socket 不再被程序使用是一件很煩人和容易出錯的任務(wù)，需要人工對內(nèi)存進行管理。
-
4.2如何使用WeakHashMap
在Java集合中有一種特殊的Map類型—WeakHashMap，在這種Map中存放了鍵對象的弱引用，當一個鍵對象被垃圾回收器回收時，那么相應(yīng)的值對象的引用會從Map中刪除。WeakHashMap能夠節(jié)約存儲空間，可用來緩存那些非必須存在的數(shù)據(jù)。關(guān)于Map接口的一般用法。
下面示例中MapCache類的main()方法創(chuàng)建了一個WeakHashMap對象，它存放了一組Key對象的弱引用，此外main()方法還創(chuàng)建了一個數(shù)組對象，它存放了部分Key對象的強引用。
- import java.util.WeakHashMap;
-
- class Element {
- private String ident;
-
- public Element(String id) {
- ident = id;
- }
-
- public String toString() {
- return ident;
- }
-
- public int hashCode() {
- return ident.hashCode();
- }
-
- public boolean equals(Object obj) {
- return obj instanceof Element && ident.equals(((Element) obj).ident);
- }
-
- protected void finalize(){
- System.out.println("Finalizing "+getClass().getSimpleName()+" "+ident);
- }
- }
-
- class Key extends Element{
- public Key(String id){
- super(id);
- }
- }
-
- class Value extends Element{
- public Value (String id){
- super(id);
- }
- }
-
- public class CanonicalMapping {
- public static void main(String[] args){
- int size=1000;
- Key[] keys=new Key[size];
- WeakHashMap map=new WeakHashMap();
- for(int i=0;i<>
- Key k=new Key(Integer.toString(i));
- Value v=new Value(Integer.toString(i));
- if(i%3==0)
- keys[i]=k;
- map.put(k, v);
- }
- System.gc();
- }
- }
從打印結(jié)果可以看出，當執(zhí)行System.gc()方法后，垃圾回收器只會回收那些僅僅持有弱引用的Key對象。id可以被3整除的Key對象持有強引用，因此不會被回收。
4.3用 WeakHashMap 堵住泄漏
在 SocketManager 中防止泄漏很容易，只要用 WeakHashMap 代替 HashMap 就行了。（這里假定SocketManager不需要線程安全）。當映射的生命周期必須與鍵的生命周期聯(lián)系在一起時，可以使用這種方法。用 WeakHashMap修復 SocketManager。
- public class SocketManager {
- private Map m = new WeakHashMap();
-
- public void setUser(Socket s, User u) {
- m.put(s, u);
- }
- public User getUser(Socket s) {
- return m.get(s);
- }
- }
4.4配合使用引用隊列
WeakHashMap 用弱引用承載映射鍵，這使得應(yīng)用程序不再使用鍵對象時它們可以被垃圾收集，get() 實現(xiàn)可以根據(jù) WeakReference.get() 是否返回 null 來區(qū)分死的映射和活的映射。但是這只是防止 Map 的內(nèi)存消耗在應(yīng)用程序的生命周期中不斷增加所需要做的工作的一半，還需要做一些工作以便在鍵對象被收集后從 Map 中刪除死項。否則，Map 會充滿對應(yīng)于死鍵的項。雖然這對于應(yīng)用程序是不可見的，但是它仍然會造成應(yīng)用程序耗盡內(nèi)存。
引用隊列是垃圾收集器向應(yīng)用程序返回關(guān)于對象生命周期的信息的主要方法。弱引用有個構(gòu)造函數(shù)取引用隊列作為參數(shù)。如果用關(guān)聯(lián)的引用隊列創(chuàng)建弱引用，在弱引用對象成為 GC 候選對象時，這個引用對象就在引用清除后加入到引用隊列中（具體參考上文軟引用示例）。
WeakHashMap 有一個名為 expungeStaleEntries() 的私有方法，大多數(shù) Map 操作中會調(diào)用它，它去掉引用隊列中所有失效的引用，并刪除關(guān)聯(lián)的映射。
5．UML:使用關(guān)聯(lián)類指明特定形式的引用
關(guān)聯(lián)類能夠用來指明特定形式的引用，如弱（weak）、軟（soft）或虛 （phantom）引用。
也可以如下的構(gòu)造型方式。
以上，Java對象的強、軟、弱和虛引用的概念、應(yīng)用及其在UML中的表示，您應(yīng)該明白的差不多了吧。
轉(zhuǎn)自http://developer.51cto.com/art/200906/130447_3.htm