偏僻又熱門(mén),引用與引用隊(duì)列
前文介紹了兩種判斷對(duì)象是否可回收的方法，無(wú)論是通過(guò)引用計(jì)數(shù)算法判斷對(duì)象的引用數(shù)量，還是通過(guò)可達(dá)性分析算法判斷一個(gè)對(duì)象是否可達(dá)，都和 “引用” 離不開(kāi)關(guān)系。
那么我們是不是真正了解 “引用” 這個(gè)東西了？
文章有些圖片來(lái)源在這里 Java Reference Objects - https://www.kdgregory.com/index.php?page=java.refobj，很 nice，知識(shí)體系非常完整，推薦大伙花點(diǎn)時(shí)間看下，句子不難，就是專有名詞太多，直接谷歌翻譯的話會(huì)非常生硬，有些知識(shí)儲(chǔ)備直接讀原文會(huì)很輕松。
老規(guī)矩，背誦版在文末。點(diǎn)擊閱讀原文可以直達(dá)我收錄整理的各大廠面試真題
引用和引用指向的對(duì)象
A
reference object（引用，我感覺(jué)這個(gè)不如直接寫(xiě)成 reference 更容易理解） is a layer of indirection between your program code and some other object, called areferent（引用指向的對(duì)象）. Each reference object is constructed around its referent, and the referent cannot be changed.
翻譯起來(lái)比較簡(jiǎn)單，引用（reference object）是一個(gè)間接層，我們的代碼通過(guò)引用訪問(wèn)引用指向的對(duì)象（referent）
所有的引用類型，都是抽象類 java.lang.ref.Reference 的子類：
這個(gè)抽象類提供了 get 方法用來(lái)獲取引用指向的對(duì)象（referent）：
舉個(gè)例子：
SoftReference>?ref?=?new?SoftReference>(new?LinkedList());
//?somewhere?else?in?your?code,?you?create?a?Foo?that?you?want?to?add?to?the?list
List?list?=?ref.get();
if?(list?!=?null)?{
????list.add(foo);
}?else?{
????//?list?is?gone;?do?whatever?is?appropriate
}
四種引用的定義
我想大部分人都可以很輕松的說(shuō)出引用的定義：如果棧中的變量存儲(chǔ)的數(shù)值代表的是另外一塊內(nèi)存的起始地址，就稱該變量代表了這塊內(nèi)存 or 這個(gè)對(duì)象的引用。
在 JDK 1.2 之前，沒(méi)有問(wèn)題，這個(gè)定義很正確。
不過(guò)現(xiàn)在來(lái)看有些過(guò)于狹隘了。
舉個(gè)例子，我們希望引用能夠描述這樣一類對(duì)象：當(dāng)內(nèi)存空間還足夠時(shí)，就保留在內(nèi)存之中，如果垃圾收集后內(nèi)存空間比較緊張，那就拋棄這些對(duì)象釋放空間。
對(duì)于上述的定義來(lái)說(shuō)，一個(gè)對(duì)象只有 “被引用” 和 “未被引用” 兩種狀態(tài)，對(duì)這種情況顯然是無(wú)能無(wú)力的。
所以，JDK 1.2 之后，Java 對(duì)引用的概念進(jìn)行了擴(kuò)充，將引用分為以下四種，這 4 種引用的強(qiáng)度依次逐漸減弱，所謂 “強(qiáng)度”，可以這樣簡(jiǎn)單理解，引用的強(qiáng)度越強(qiáng)，那么這個(gè)被引用的對(duì)象就越不容易被垃圾回收器回收掉：
1）強(qiáng)引用，Strongly Re-ference
強(qiáng)引用隨處可見(jiàn)，就是最傳統(tǒng)的 “引用” 的定義，通過(guò) new 進(jìn)行的引用賦值，即類似 User user = new User() 這種引用關(guān)系。
只要還有強(qiáng)引用指向一個(gè)對(duì)象，就能表明對(duì)象還 “活著”，垃圾收集器永遠(yuǎn)不會(huì)碰這種對(duì)象。
換句話說(shuō)，當(dāng)內(nèi)存空間不足的時(shí)候，JVM 寧可拋出 OOM，使程序異常終止，也不會(huì)回收具有強(qiáng)引用的對(duì)象。
2）軟引用，Soft Reference
軟引用就對(duì)應(yīng)我們上面舉的那個(gè)例子，可以讓對(duì)象豁免一些垃圾收集，用來(lái)描述一些還有用、但非必須的對(duì)象
如果內(nèi)存空間足夠，那么軟引用就不會(huì)被回收掉，但是如果快要發(fā)生 OOM 了，那么 JVM 就會(huì)對(duì)這些軟引用進(jìn)行回收釋放空間，如果對(duì)這些軟引用回收完了之后還是沒(méi)有足夠的內(nèi)存，才會(huì)拋出 OOM。
在 JDK 1.2 之后提供了 SoftReference 類來(lái)實(shí)現(xiàn)軟引用
3）弱引用，Weak Reference
弱引用也是用來(lái)描述那些非必須對(duì)象，但是它的強(qiáng)度比軟引用更弱一些。
如果你創(chuàng)建了一個(gè)僅持有弱引用的對(duì)象，那么下一次垃圾收集發(fā)生的時(shí)候，無(wú)論當(dāng)前內(nèi)存是否足夠，這個(gè)對(duì)象都會(huì)被回收掉。
換句話說(shuō)，被弱引用關(guān)聯(lián)的對(duì)象只能生存到下一次垃圾收集發(fā)生為止。
在 JDK 1.2 之后提供了 WeakReference 類來(lái)實(shí)現(xiàn)弱引用
4）虛引用，Phantom Reference
虛引用也稱為 幽靈引用、幻影引用、幻象引用，它是最弱的一種引用關(guān)系。
如果一個(gè)對(duì)象僅持有幻像引用，那么它就和沒(méi)有任何引用一樣，對(duì)其生存時(shí)間沒(méi)有任何影響，我們也無(wú)法通過(guò)幻像引用來(lái)取得一個(gè)對(duì)象實(shí)例（看下圖，它的 get 方法永遠(yuǎn)返回 null）
虛引用的 get 方法滑稽了，那幻像引用有啥用？
事實(shí)上，我們可以通過(guò)為一個(gè)對(duì)象設(shè)置幻像引用關(guān)聯(lián)從而跟蹤這個(gè)對(duì)象被垃圾回收的活動(dòng)（詳細(xì)見(jiàn)下文解釋）
在 JDK 1.2 之后提供了 PhantomReference 類來(lái)實(shí)現(xiàn)幻像引用
對(duì)象的生命周期
在 JDK1.2 之前，一個(gè)對(duì)象的生命周期（object life cycle）可以簡(jiǎn)單的用下圖表示：
而在 JDK1.2 中，引入了 java.lang.ref 包，一個(gè)對(duì)象的生命周期中新增了三個(gè)狀態(tài)（stage）：
可以看到，除了強(qiáng)引用對(duì)應(yīng)的強(qiáng)可達(dá)狀態(tài)（strongly reachable）之外，額外添加了個(gè)三個(gè)狀態(tài)，分別對(duì)應(yīng)軟引用、弱引用和虛引用（幻像引用）：
- softly reachable，軟可達(dá)：就是當(dāng)我們只能通過(guò)軟引用才能訪問(wèn)到對(duì)象的狀態(tài)
- weakly reachable，弱可達(dá)：就是無(wú)法通過(guò)強(qiáng)引用或者軟引用訪問(wèn)，只能通過(guò)弱引用訪問(wèn)時(shí)的狀態(tài)。
- phantom reachable，幻象可達(dá)：上面流程圖已經(jīng)很直觀了，就是沒(méi)有強(qiáng)、軟、弱引用關(guān)聯(lián)，并且被回收掉了，只有幻像引用指向這個(gè)對(duì)象的時(shí)候。
除了幻像引用（因?yàn)?get 永遠(yuǎn)返回 null），如果對(duì)象還沒(méi)有被銷毀，都可以通過(guò) get 方法獲取原有對(duì)象。這意味著，利用軟引用和弱引用，我們可以將訪問(wèn)到的對(duì)象，重新指向強(qiáng)引用，也就是人為的改變了對(duì)象的可達(dá)性狀態(tài)！這也是為什么上面圖里有些地方畫(huà)了雙向箭頭。
引用隊(duì)列
引用隊(duì)列 ReferenceQueue 是用來(lái)配合引用工作的，最常與幻像引用一起使用，因?yàn)?strong style="color:rgb(53,179,120);">幻像引用的構(gòu)造函數(shù)必須指定引用隊(duì)列，而其他引用類型沒(méi)有引用隊(duì)列一樣可以運(yùn)行。
當(dāng)某個(gè)被引用的對(duì)象（referent）被回收的時(shí)候，JVM 會(huì)將指向它的引用（reference）加入到引用隊(duì)列的隊(duì)列末尾，這相當(dāng)于是一種通知機(jī)制。這個(gè)操作其實(shí)是由 ReferenceHandler 守護(hù)線程來(lái)做的，這個(gè)守護(hù)線程是在 Reference 靜態(tài)代碼塊中建立并且運(yùn)行的線程，所以只要 Reference 這個(gè)父類被初始化，該線程就會(huì)創(chuàng)建和運(yùn)行，它的運(yùn)行方法中依賴了比較多的本地 (native) 方法：
由于 ReferenceHandler 是守護(hù)線程，除非 JVM 進(jìn)程終結(jié)，否則它會(huì)一直在后臺(tái)運(yùn)行(注意它的 run() 方法里面使用了死循環(huán))。
實(shí)際上就是調(diào)用了引用隊(duì)列的 enqueue 方法來(lái)執(zhí)行入隊(duì)操作：
這樣，我們可以通過(guò) ReferenceQueue 中的元素（引用）來(lái)知道哪些對(duì)象（被引用的對(duì)象）被回收掉了，通過(guò)這種方式，我們就可以在對(duì)象被回收掉之后，做一些我們自己想做的事情。
這也就是為什么說(shuō)幻像引用存在的唯一作用就是跟蹤對(duì)象被垃圾回收的活動(dòng)
另外，ReferenceQueue 提供了三種方法來(lái)彈出隊(duì)頭元素：
poll()：用于移除并返回該隊(duì)列中的下一個(gè)引用對(duì)象，如果隊(duì)列為空，則返回nullremove()：用于移除并返回該隊(duì)列中的下一個(gè)引用對(duì)象，該方法會(huì)在隊(duì)列返回可用引用對(duì)象之前一直阻塞remove (long timeout)：用于移除并返回隊(duì)列中的下一個(gè)引用對(duì)象。該方法會(huì)在隊(duì)列返回可用引用對(duì)象之前一直阻塞，或者在超出指定超時(shí)后結(jié)束。如果超出指定超時(shí)，則返回null。如果指定超時(shí)為0，意味著將無(wú)限期地等待。
不同引用類型的應(yīng)用場(chǎng)景
軟引用的應(yīng)用：斷路器
斷路器，Circuit Breaker
A better use of soft references is to provide a "circuit breaker" for memory allocation: put a soft reference between your code and the memory it allocates, and you avoid the dreaded
OutOfMemoryError.
舉個(gè)例子，下面這段 JDBC 代碼，邏輯是查詢數(shù)據(jù)庫(kù)的多行數(shù)據(jù)
往比較極端的情況想，如果查詢到的數(shù)據(jù)有一百萬(wàn)行，但你的系統(tǒng)的可用內(nèi)存資源已經(jīng)不足以裝得下這一百萬(wàn)行數(shù)據(jù)，此時(shí)程序肯定就拋錯(cuò)誤了。
這個(gè)時(shí)候軟引用的價(jià)值就體現(xiàn)出來(lái)了：如果在查詢數(shù)據(jù)期間 JVM 已經(jīng)耗盡了內(nèi)存，那么被軟引用指向的對(duì)象的內(nèi)存就會(huì)被釋放掉從而給新的數(shù)據(jù)挪出空間，同時(shí)在業(yè)務(wù)線程上我們可以拋出自定義異常以便我們進(jìn)行程序的后續(xù)處理：
弱引用的應(yīng)用：ThreadLocal 的 ThreadLocalMap 實(shí)現(xiàn)
大名鼎鼎，這個(gè)本文就不多說(shuō)了，后續(xù)會(huì)開(kāi)文章詳細(xì)解釋。
虛引用的應(yīng)用：數(shù)據(jù)庫(kù)連接池
數(shù)據(jù)庫(kù)連接池 Connection Pool 應(yīng)該具備的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是能夠有效的避免連接資源泄露，同時(shí)能夠?qū)B接資源進(jìn)行回收：
下面這個(gè)類可以不用怎么看，不過(guò)有一點(diǎn)值得注意，用戶使用該連接池時(shí)業(yè)務(wù)線程拿到的連接對(duì)象正是這個(gè)PooledConnection 對(duì)象，而不是真正的 Connection 對(duì)象
重點(diǎn)看下下面這個(gè)類的實(shí)現(xiàn)：
如果引用隊(duì)列中能夠拿到引用，說(shuō)明連接對(duì)象被 GC 掉了，此時(shí)我們就應(yīng)該對(duì)連接池執(zhí)行相應(yīng)的清理邏輯（重點(diǎn)注意下面的 releaseConnection 方法）：
看起來(lái)挺復(fù)雜，其實(shí)本質(zhì)上就是圍繞著虛引用的特性：你不能通過(guò)它訪問(wèn)對(duì)象，但是它結(jié)合引用隊(duì)列提供了一種對(duì)象被回收以后做某些事情的機(jī)制。
最后放上這道題的背誦版：
?? 面試官：講一講四種引用
?? 小牛肉：JDK 1.2 之后，Java 對(duì)引用的概念進(jìn)行了擴(kuò)充，將引用分為以下四種，這 4 種引用的強(qiáng)度依次逐漸減弱，所謂 “強(qiáng)度”，就是引用的強(qiáng)度越強(qiáng)，那么這個(gè)被引用的對(duì)象就越不容易被垃圾回收器回收掉：
1）強(qiáng)引用，Strongly Re-ference
強(qiáng)引用隨處可見(jiàn)，就是最傳統(tǒng)的 “引用” 的定義，通過(guò) new 進(jìn)行的引用賦值，即類似
User user = new User()這種引用關(guān)系。只要還有強(qiáng)引用指向一個(gè)對(duì)象，就能表明對(duì)象還 “活著”，垃圾收集器永遠(yuǎn)不會(huì)碰這種對(duì)象。
2）軟引用，Soft Reference
軟引用就是，如果內(nèi)存空間足夠，那么軟引用就不會(huì)被回收掉，但是如果快要發(fā)生 OOM 了，那么 JVM 就會(huì)對(duì)這些軟引用進(jìn)行回收釋放空間，如果對(duì)這些軟引用回收完了之后還是沒(méi)有足夠的內(nèi)存，才會(huì)拋出 OOM。
在 JDK 1.2 之后提供了
SoftReference類來(lái)實(shí)現(xiàn)軟引用軟引用的經(jīng)典應(yīng)用就是斷路器，舉個(gè)例子，如果我們查詢到的數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)有一百萬(wàn)行，但系統(tǒng)的可用內(nèi)存資源已經(jīng)不足以裝得下這一百萬(wàn)行數(shù)據(jù)，此時(shí)程序肯定就拋錯(cuò)誤了。
這個(gè)時(shí)候軟引用的價(jià)值就體現(xiàn)出來(lái)了：如果在查詢數(shù)據(jù)期間 JVM 已經(jīng)耗盡了內(nèi)存，那么被軟引用指向的對(duì)象的內(nèi)存就會(huì)被釋放掉從而給新的數(shù)據(jù)挪出空間，同時(shí)在業(yè)務(wù)線程上我們可以拋出自定義異常以便我們進(jìn)行程序的后續(xù)處理
3）弱引用，Weak Reference
弱引用就是，你創(chuàng)建了一個(gè)僅持有弱引用的對(duì)象，那么下一次垃圾收集發(fā)生的時(shí)候，無(wú)論當(dāng)前內(nèi)存是否足夠，這個(gè)對(duì)象都會(huì)被回收掉。
換句話說(shuō)，被弱引用關(guān)聯(lián)的對(duì)象只能生存到下一次垃圾收集發(fā)生為止。
在 JDK 1.2 之后提供了
WeakReference類來(lái)實(shí)現(xiàn)弱引用弱引用的經(jīng)典應(yīng)用就是 ThreadLocal 的 ThreadLocalMap 實(shí)現(xiàn)，balabala......
4）幻象引用，Phantom Reference
幻象引用也稱為虛引用，它是最弱的一種引用關(guān)系。
如果一個(gè)對(duì)象僅持有幻像引用，那么它就和沒(méi)有任何引用一樣，對(duì)其生存時(shí)間沒(méi)有任何影響，我們也無(wú)法通過(guò)幻像引用來(lái)取得一個(gè)對(duì)象實(shí)例（因?yàn)樗?get 方法永遠(yuǎn)返回 null）。所以構(gòu)造幻像引用的時(shí)候必須指定引用隊(duì)列 ReferenceQueue，不然啥用也沒(méi)有。
所謂引用隊(duì)列就是，當(dāng)某個(gè)被引用的對(duì)象被回收的時(shí)候，JVM 會(huì)將指向它的引用加入到引用隊(duì)列的隊(duì)列末尾。這個(gè)操作其實(shí)是由 ReferenceHandler 守護(hù)線程來(lái)做的，這個(gè)守護(hù)線程是在
Reference靜態(tài)代碼塊中建立并且運(yùn)行的線程，所以只要 Reference 這個(gè)父類被初始化，該線程就會(huì)創(chuàng)建和運(yùn)行，而具體的引用入隊(duì)操作其實(shí)就是調(diào)用了 ReferenceQueue 的 enquque 方法。這樣，我們就可以通過(guò) ReferenceQueue 中的元素（引用）來(lái)知道哪些對(duì)象（被引用的對(duì)象）被回收掉了，我們就可以在對(duì)象被回收掉之后，來(lái)做一些我們自己想做的事情。幻像引用的經(jīng)典應(yīng)用就是數(shù)據(jù)庫(kù)連接池，數(shù)據(jù)庫(kù)連接池應(yīng)該具備的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是能夠有效的避免連接資源泄露，同時(shí)能夠?qū)B接資源進(jìn)行回收，我們可以用幻像引用來(lái)聲明數(shù)據(jù)庫(kù)的連接對(duì)象，這樣，如果引用隊(duì)列中能夠拿到引用，就說(shuō)明對(duì)應(yīng)的連接對(duì)象被 GC 掉了，此時(shí)就應(yīng)該對(duì)連接池執(zhí)行相應(yīng)的清理邏輯，防止我們忘記釋放資源導(dǎo)致后續(xù)發(fā)生資源泄露。
心之所向，素履以往，我是小牛肉，小伙伴們下篇文章再見(jiàn) ??