之前我們提到過(guò) GC，但當(dāng) Java 中引用的對(duì)象越來(lái)越多，會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存空間不足，最終會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤 OutOfMemoryError，并讓應(yīng)用程序終止。那為什么 GC 在此時(shí)不能多收集一些對(duì)象呢?這就和今天說(shuō)的引用類型有關(guān)了。

首先，從 JDK1.2 開始，對(duì)象的引用被劃分為4種級(jí)別，從而使程序能更加靈活地控制對(duì)象的生命周期。這4種級(jí)別由高到低依次為：強(qiáng)引用、軟引用、弱引用和虛引用。

強(qiáng)引用

強(qiáng)引用(Strong Reference)是使用最普遍的引用。如果一個(gè)對(duì)象具有強(qiáng)引用，那么它永遠(yuǎn)不會(huì)被 GC。例如：

Object strongReference = new Object(); 

當(dāng)內(nèi)存空間不足時(shí)，JVM 寧愿拋出OutOfMemoryError，使程序異常終止，也不會(huì)靠隨意回收具有強(qiáng)引用的對(duì)象來(lái)解決內(nèi)存不足的問(wèn)題。

如果強(qiáng)引用對(duì)象不使用時(shí)，需要弱化從而可以被 GC，例如ArrayList中的clear()方法：

/** 
* Removes all of the elements from this list. The list will 
* be empty after this call returns. 
*/ 
public void clear() { 
modCount++; 
 
// clear to let GC do its work 
for (int i = 0; i < size; i++) 
elementData[i] = null; 
 
size = 0; 
} 

顯式地設(shè)置強(qiáng)引用對(duì)象為null，或讓其超出對(duì)象的生命周期范圍，則垃圾回收器認(rèn)為該對(duì)象不存在引用，就會(huì)回收這個(gè)對(duì)象。具體什么時(shí)候收集這要取決于具體的垃圾回收器。

軟引用

如果一個(gè)對(duì)象只具有軟引用(Soft Reference)，當(dāng)內(nèi)存空間充足時(shí)，垃圾回收器就不會(huì)回收它;如果內(nèi)存空間不足了，就會(huì)回收這些對(duì)象的內(nèi)存。只要垃圾回收器沒(méi)有回收它，該對(duì)象就可以被程序使用。讓我們來(lái)看一個(gè)例子具體了解一下：

String str = new String("abc"); 
SoftReference<String> softReference = new SoftReference<>(str); 
String result = softReference.get(); 

讓我們來(lái)看一下get()：

public T get() { 
T o = super.get(); 
// timestamp代表上一次軟引用上一次被使用的時(shí)間(初始化、get()) 
// clock代表上一次GC的時(shí)間 
if (o != null && this.timestamp != clock) 
this.timestamp = clock; 
return o; 
} 

因此，軟引用在被垃圾回收時(shí)，也遵循LRU法則，優(yōu)先回收最近最少被使用的對(duì)象進(jìn)行回收。

軟引用的使用場(chǎng)景多是內(nèi)存敏感的高速緩存。具體來(lái)說(shuō)，就是我們希望將數(shù)據(jù)存放到緩存中，這樣可以快速進(jìn)行讀取。但是，當(dāng) JVM 中內(nèi)存不夠用時(shí)，我們又不希望緩存數(shù)據(jù)會(huì)占用到 JVM 的內(nèi)存。例如配合ReferenceQueue，如果軟引用所引用對(duì)象被垃圾回收，JVM 就會(huì)把這個(gè)軟引用加入到與之關(guān)聯(lián)的引用隊(duì)列中：

ReferenceQueue<String> referenceQueue = new ReferenceQueue<>(); 
String str = new String("abc"); 
SoftReference<String> softReference = new SoftReference<>(str, referenceQueue); 
 
str = null; 
// Notify GC 
System.gc(); 
 
System.out.println(softReference.get()); // abc 
 
Reference<? extends String> reference = referenceQueue.poll(); 
System.out.println(reference); //null 

但是需要注意的是，如果使用軟引用緩存，有可能導(dǎo)致Full GC增多。

弱引用

如果一個(gè)對(duì)象只具有弱引用(Weak Reference)，其生命周期相比于軟引用更加短暫。在垃圾回收器線程掃描它所管轄的內(nèi)存區(qū)域的過(guò)程中，一旦發(fā)現(xiàn)了只具有弱引用的對(duì)象，不管當(dāng)前內(nèi)存空間足夠與否，都會(huì)對(duì)它進(jìn)行回收。不過(guò)，由于垃圾回收器是一個(gè)優(yōu)先級(jí)很低的線程，因此不一定會(huì)很快發(fā)現(xiàn)那些只具有弱引用的對(duì)象。其使用為：

String str = new String("abc"); 
WeakReference<String> weakReference = new WeakReference<>(str); 
str = weakReference.get(); 

講到弱引用，就不得不提到WeakHashMap。和HashMap相比，當(dāng)我們給 JVM 分配的內(nèi)存不足的時(shí)候，HashMap 寧可拋出 OutOfMemoryError 異常，也不會(huì)回收其相應(yīng)的沒(méi)有被引用的對(duì)象，而 WeakHashMap 則會(huì)回收存儲(chǔ)在其中但有被引用的對(duì)象。

WeakHashMap 通過(guò)將一些沒(méi)有被引用的鍵的值賦值為 null ，這樣的話就會(huì)告知GC去回收這些存儲(chǔ)的值了。假如我們特地傳入 key 為 null 的鍵，WeakHashMap 會(huì)將鍵設(shè)置為特殊的 Oject，源碼為：

public V put(K key, V value) { 
// key會(huì)被重新賦值 
Object k = maskNull(key); 
int h = hash(k); 
Entry<K,V>[] tab = getTable(); 
int i = indexFor(h, tab.length); 
 
for (Entry<K,V> e = tab[i]; e != null; ee = e.next) { 
if (h == e.hash && eq(k, e.get())) { 
V oldValue = e.value; 
if (value != oldValue) 
e.value = value; 
return oldValue; 
} 
} 
 
modCount++; 
Entry<K,V> e = tab[i]; 
tab[i] = new Entry<>(k, value, queue, h, e); 
if (++size >= threshold) 
resize(tab.length * 2); 
return null; 
} 
 
/** 
* Value representing null keys inside tables. 
* 特殊的key 
*/ 
private static final Object NULL_KEY = new Object(); 
 
/** 
* Use NULL_KEY for key if it is null. 
*/ 
private static Object maskNull(Object key) { 
return (key == null) ? NULL_KEY : key; 
} 

虛引用

虛引用(PhantomReference),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(huì)決定對(duì)象的生命周期。如果一個(gè)對(duì)象僅持有虛引用，那么它就和沒(méi)有任何引用一樣，在任何時(shí)候都可能被垃圾回收器回收。

虛引用主要用來(lái)跟蹤對(duì)象被垃圾回收器回收的活動(dòng)。 虛引用與軟引用和弱引用的一個(gè)區(qū)別在于：

虛引用必須和引用隊(duì)列(ReferenceQueue)聯(lián)合使用。當(dāng)垃圾回收器準(zhǔn)備回收一個(gè)對(duì)象時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)它還有虛引用，就會(huì)在回收對(duì)象的內(nèi)存之前，把這個(gè)虛引用加入到與之關(guān)聯(lián)的引用隊(duì)列中。

例如：

String str = new String("abc"); 
ReferenceQueue queue = new ReferenceQueue(); 
// 創(chuàng)建虛引用，要求必須與一個(gè)引用隊(duì)列關(guān)聯(lián) 
PhantomReference pr = new PhantomReference(str, queue); 

程序可以通過(guò)判斷引用隊(duì)列中是否已經(jīng)加入了虛引用，來(lái)了解被引用的對(duì)象是否將要進(jìn)行垃圾回收。如果程序發(fā)現(xiàn)某個(gè)虛引用已經(jīng)被加入到引用隊(duì)列，那么就可以在所引用的對(duì)象的內(nèi)存被回收之前采取必要的行動(dòng)，也可以理解為一種回調(diào)方法。

總結(jié)

Java 中4種引用的級(jí)別和強(qiáng)度由高到低依次為：強(qiáng)引用 -> 軟引用 -> 弱引用 -> 虛引用

通過(guò)表格，說(shuō)明其特性：