背景

前段时间，看到群里在讨论Java中的各种引用，不禁的细想了下，发现自己对它们的了解仅仅停留在了表面，对它们的实现原理、回收机制，并不熟悉，心里发毛。

大雪过后的魔都，显得更冷了，但Java的大道，越挫越勇。

一个简单的HashMap，相当于一个简陋版的缓存，如果不断的往里面添加数据，JVM迟早会发生OOM，那么有何有效的避免这种OOM，今天一起温故Java中的各种引用。

四种引用

在Java层面，一共有四种引用：强引用、软引用、弱引用、虚引用，从名字也可以发现，这几种引用的生命周期由强到弱。

这里为什么要说在Java层面呢，因为除了这四种引用，还有其它两种。
只是这四种在代码中触手可及，而其它两个，几乎碰不到。

强引用

强引用（Strong Reference）是使用最普遍的引用，99%的代码可能都是强引用，很多人平时接触的也都是强引用相关的代码，比如下面这种：

Object o = new Object()

这种情况是普遍存在的，在写中间件框架代码时，可能才需要其它引用。

如果一个对象，和GC Root有强引用的关系，当内存不足发生GC时，宁可抛出OOM异常，终止程序，也不会回收这些对象。

相反，当一个对象，和GC Root没有强引用关系时，可能会被回收（因为可能还有其它引用），如果没有任何引用关系，GC之后，该对象就被回收了。

软引用

软引用（Soft Reference），主要用来描述一些不那么重要的对象，它具有一个特性，会保证尽可能长时间的驻留在JVM中，只在GC多次之后实在不足内存才会被回收，这种特别适合用来实现缓存。

Object reference = new MyObject();
System.out.println(reference);
Reference root = new SoftReference(reference);
reference = null; // MyObject对象只有软引用
System.gc();
System.out.println(root.get());

强制GC之后，SoftReference所引用的对象并没有被回收，那么软引用的对象到底在哪个时间点会被回收呢？感兴趣的同学可以脑洞一下。

弱引用

弱引用（Weak Reference），相对于软引用，它的生命周期更短，当发生GC时，如果扫描到一个对象只有弱引用，不管当前内存是否足够，都会对它进行回收。

感觉说的有点干，来段代码解解渴。

Object reference = new MyObject();
System.out.println(reference);
Reference root = new WeakReference(reference);
reference = null; // MyObject对象只有弱引用
System.gc(); 
System.out.println(root.get());

发生GC之后，root.get()返回了null，说明对象已经被回收。

在JDK的WeakHashMap中，很好的应用了弱引用，其中Entry继承了WeakReference，如果一个entry对象，一旦没有指向key的强引用，WeakHashMap在GC后会自动删除相关的entry。

虚引用

虚引用（Phantom Reference），和之前两种引用的最大不同是：它的get方法一直返回null。

很奇怪，一个返回null的引用有什么用？

虚引用的使用场景很窄，在JDK中，目前只知道在申请堆外内存时有它的身影。
申请堆外内存时，在JVM堆中会创建一个对应的Cleaner对象，这个Cleaner类继承了PhantomReference,当DirectByteBuffer对象被回收时，可以执行对应的Cleaner对象的clean方法，做一些后续工作，这里是释放之前申请的堆外内存。

由于虚引用的get方法无法拿到真实对象，所以当你不想让真实对象被访问时，可以选择使用虚引用，它唯一能做的是在对象被GC时，收到通知，并执行一些后续工作。

看到有些文章说虚引用可以清理已经执行finalize方法，但是还没被回收的对象，这简直就是误导人嘛，与finalize方法有关的引用是FinalReference，这个引用就是之前说的其它两种中的一个。

实现原理

上述引用中，除了强引用，其它几种都有对应的实现类，都继承了Reference，所有的精华也都在这个类中。

Reference有几个重要的参数，有些和GC密切相关：
1、referent: 就是所引用的对象，会被GC特别对待。
2、queue：RererenceQueue，看名字也知道它是一个Reference队列，用来保存Reference对象，当新建一个Reference时，可以选择性的传入第二个参数。
3、discovered：该对象被JVM使用，表示下一个要被处理的Reference对象（1.8的实现）
4、next：当Reference对象被放入RererenceQueue时，使用next变量形成链表结构。
5、pending：该对象会被JVM使用，当前被处理的Reference对象。

Reference中有一个重要的线程 Reference Handler，运行优先级极高，启动之后负责轮询pending变量是否有数据，如果pending被JVM设置了一个值，就把它拿出来放到queue中，这里有个例外，就是之前说的堆外内存申请时的Cleaner对象，只会执行它的clean方法，并不会放到queue中。

当Reference对象被放进queue之后，就可以使用一个线程，依次拿出来进行处理。

文字太干，还是需要上代码：

final ReferenceQueue queue = new ReferenceQueue();
new Thread(new Runnable() {
  @Override
  public void run() {
      while (true) {
          try {
              Reference reference = queue.remove();
              System.out.println(reference + "回收了");
          } catch (InterruptedException e) {

          }
      }
  }
}).start();

Object o = new Object();
Reference root = new WeakReference(o, queue);
System.out.println(root);
o = null;
System.gc();
System.in.read();

上述代码中，先初始化了一个ReferenceQueue，随后又初始化了一个线程，循环的从queue中捞数据，因为当一个软引用、弱引用或虚引用的对象被GC回收时，这个引用会被放到对应的ReferenceQueue中，这里会被拿出来进行打印，更多的是做一些清理工作。

执行上述代码的结果：

java.lang.ref.WeakReference@34374ed5
0.174: [Full GC (System) 0.175: [CMS: 0K->437K(12288K), 0.0146570 secs] 1231K->437K(19712K), [CMS Perm : 2692K->2690K(21248K)], 0.0147430 secs] [Times: user=0.02 sys=0.00, real=0.01 secs] 
java.lang.ref.WeakReference@34374ed5 回收了

通过这种方式，有兴趣的同学可以验证一下其它引用。

总结