你不可不知的Java引用类型之——ReferenceQueue源码详解
定义
ReferenceQueue是引用队列,用于存放待回收的引用对象。
说明
对于软引用、弱引用和虚引用,如果我们希望当一个对象被垃圾回收器回收时能得到通知,进行额外的处理,这时候就需要使用到引用队列了。
在一个对象被垃圾回收器扫描到将要进行回收时,其相应的引用包装类,即reference对象会被放入其注册的引用队列queue中。可以从queue中获取到相应的对象信息,同时进行额外的处理。比如反向操作,数据清理,资源释放等。
使用例子
public class ReferenceQueueTest { private static ReferenceQueue<byte[]> rq = new ReferenceQueue<>(); private static int _1M = 1024 * 1024; public static void main(String[] args) { Object value = new Object(); Map<WeakReference<byte[]>, Object> map = new HashMap<>(); Thread thread = new Thread(ReferenceQueueTest::run); thread.setDaemon(true); thread.start(); for(int i = 0;i < 100;i++) { byte[] bytes = new byte[_1M]; WeakReference<byte[]> weakReference = new WeakReference<>(bytes, rq); map.put(weakReference, value); } System.out.println("map.size->" + map.size()); int aliveNum = 0; for (Map.Entry<WeakReference<byte[]>, Object> entry : map.entrySet()){ if (entry != null){ if (entry.getKey().get() != null){ aliveNum++; } } } System.out.println("100个对象中存活的对象数量:" + aliveNum); } private static void run() { try { int n = 0; WeakReference k; while ((k = (WeakReference) rq.remove()) != null) { System.out.println((++n) + "回收了:" + k); } } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } }
这里有一个小栗子,main方法中,创建了一条线程,使用死循环来从引用队列中获取元素,监控对象被回收的状态。然后循环往map中添加了100个映射关系,以下是运行结果:
...前面省略了大量相似输出 85回收了:java.lang.ref.WeakReference@7106e68e 86回收了:java.lang.ref.WeakReference@1f17ae12 87回收了:java.lang.ref.WeakReference@c4437c4 map.size->100 100个对象中存活的对象数量:12
通过配合使用ReferenceQueue,可以较好的监控对象的生存状态。
成员变量
ReferenceQueue中内部成员变量也很少,主要有这么几个:
static ReferenceQueue<Object> NULL = new Null<>(); static ReferenceQueue<Object> ENQUEUED = new Null<>();
有两个用来做为特殊标记的静态成员变量,一个是NULL,一个是ENQUEUE,上一篇中说的ReferenceQueue.NULL和ReferenceQueue.ENQUEUED就是这两个家伙。
来看看Null长什么样:
private static class Null<S> extends ReferenceQueue<S> { boolean enqueue(Reference<? extends S> r) { return false; } }
只是简单继承了ReferenceQueue的一个类,emmm,为什么不直接new一个ReferenceQueue呢?这里自然是有它的道理的,如果直接使用ReferenceQueue,就会导致有可能误操作这个NULL和ENQUEUED变量,因为ReferenceQueue中enqueue方法是需要使用lock对象锁的,这里覆盖了这个方法并直接返回false,这样就避免了乱用的可能性,也避免了不必要的资源浪费。
static private class Lock { }; private Lock lock = new Lock();
跟Reference一样,有一个lock对象用来做同步对象。
private volatile Reference<? extends T> head = null;
head用来保存队列的头结点,因为Reference是一个单链表结构,所以只需要保存头结点即可。
private long queueLength = 0;
queueLength用来保存队列长度,在添加元素的时候+1,移除元素的时候-1,因为在添加和移除操作的时候都会使用synchronized进行同步,所以不用担心多线程修改会不会出错的问题。
内部方法
// 这个方法仅会被Reference类调用 boolean enqueue(Reference<? extends T> r) { synchronized (lock) { // 检测从获取这个锁之后,该Reference没有入队,并且没有被移除 ReferenceQueue<?> queue = r.queue; if ((queue == NULL) || (queue == ENQUEUED)) { return false; } assert queue == this; // 将reference的queue标记为ENQUEUED r.queue = ENQUEUED; // 将r设置为链表的头结点 r.next = (head == null) ? r : head; head = r; queueLength++; // 如果r的FinalReference类型,则将FinalRef+1 if (r instanceof FinalReference) { sun.misc.VM.addFinalRefCount(1); } lock.notifyAll(); return true; } }
这里是入队的方法,使用了lock对象锁进行同步,将传入的r添加到队列中,并重置头结点为传入的节点。
public Reference<? extends T> poll() { if (head == null) return null; synchronized (lock) { return reallyPoll(); } } private Reference<? extends T> reallyPoll() { Reference<? extends T> r = head; if (r != null) { head = (r.next == r) ? null : r.next; r.queue = NULL; r.next = r; queueLength--; if (r instanceof FinalReference) { sun.misc.VM.addFinalRefCount(-1); } return r; } return null; }
poll方法将头结点弹出。嗯,没错,弹出的是头结点而不是尾节点,名义上,它叫ReferenceQueue,实际上是一个ReferenceStack(滑稽)。惊不惊喜,意不意外。
/** * 移除并返回队列首节点,此方法将阻塞到获取到一个Reference对象或者超时才会返回 * timeout时间的单位是毫秒 */ public Reference<? extends T> remove(long timeout) throws IllegalArgumentException, InterruptedException{ if (timeout < 0) { throw new IllegalArgumentException("Negative timeout value"); } synchronized (lock) { Reference<? extends T> r = reallyPoll(); if (r != null) return r; long start = (timeout == 0) ? 0 : System.nanoTime(); // 死循环,直到取到数据或者超时 for (;;) { lock.wait(timeout); r = reallyPoll(); if (r != null) return r; if (timeout != 0) { // System.nanoTime方法返回的是纳秒,1毫秒=1纳秒*1000*1000 long end = System.nanoTime(); timeout -= (end - start) / 1000_000; if (timeout <= 0) return null; start = end; } } } } /** * 移除并返回队列首节点,此方法将阻塞到获取到一个Reference对象才会返回 */ public Reference<? extends T> remove() throws InterruptedException { return remove(0); }
这里两个方法都是从队列中移除首节点,与poll不同的是,它会阻塞到超时或者取到一个Reference对象才会返回。
聪明的你可能会想到,调用remove方法的时候,如果队列为空,则会一直阻塞,也会一直占用lock对象锁,这个时候,有引用需要入队的话,不就进不来了吗?
嗯,讲道理确实是这样的,但是注意注释,enqueue只是给Reference调用的,在Reference的public方法enqueue中可以将该引用直接入队,但是虚拟机作为程序的管理者可不吃这套,而是通过其它方式将Reference对象塞进去的,所以才会出现之前的栗子中,死循环调用remove方法,并不会阻塞引用进入队列中的情况。
应用场景
ReferenceQueue一般用来与SoftReference、WeakReference或者PhantomReference配合使用,将需要关注的引用对象注册到引用队列后,便可以通过监控该队列来判断关注的对象是否被回收,从而执行相应的方法。
主要使用场景:
1、使用引用队列进行数据监控,类似前面栗子的用法。
2、队列监控的反向操作
反向操作,即意味着一个数据变化了,可以通过Reference对象反向拿到相关的数据,从而进行后续的处理。下面有个小栗子:
public class TestB { private static ReferenceQueue<byte[]> referenceQueue = new ReferenceQueue<>(); private static int _1M = 1024 * 1024; public static void main(String[] args) throws InterruptedException { final Map<Object, MyWeakReference> hashMap = new HashMap<>(); Thread thread = new Thread(() -> { try { int n = 0; MyWeakReference k; while(null != (k = (MyWeakReference) referenceQueue.remove())) { System.out.println((++n) + "回收了:" + k); //反向获取,移除对应的entry hashMap.remove(k.key); //额外对key对象作其它处理,比如关闭流,通知操作等 } } catch(InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } }); thread.setDaemon(true); thread.start(); for(int i = 0;i < 10000;i++) { byte[] bytesKey = new byte[_1M]; byte[] bytesValue = new byte[_1M]; hashMap.put(bytesKey, new MyWeakReference(bytesKey, bytesValue, referenceQueue)); } } static class MyWeakReference extends WeakReference<byte[]> { private Object key; MyWeakReference(Object key, byte[] referent, ReferenceQueue<? super byte[]> q) { super(referent, q); this.key = key; } } }
这里通过referenceQueue监控到有引用被回收后,通过map反向获取到对应的value,然后进行资源释放等。
小结
- ReferenceQueue是用来保存需要关注的Reference队列
- ReferenceQueue内部实现实际上是一个栈
- ReferenceQueue可以用来进行数据监控,资源释放等
- 详解Java对象的强、软、弱和虚引用+ReferenceQueue
- Java魔法堂:四种引用类型、ReferenceQueue和WeakHashMap
- Java魔法堂:四种引用类型、ReferenceQueue和WeakHashMap
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- Java中JNI的使用详解第六篇:C/C++中的引用类型和Id的缓存
- Java之引用类型分析(SoftReference/WeakReference/PhantomReference)
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- JAVA基本数据类型及引用数据类型详解
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