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经典面试题:强引用、软引用、弱引用、虚引用有什么区别?

song11111 2020-11-19 17:24 267 查看 https://blog.51cto.com/1500925

大家好,这里是java研究所。
今天给大家带来一道经典面试题:强引用、软引用、弱引用、虚引用有什么区别?
众所周知,Java中是JVM负责内存的分配和回收,这是它的优点(使用方便,程序不用再像使用c那样操心内存),但同时也是它的缺点(不够灵活)。为了解决内存操作不灵活这个问题,可以采用软引用等方法。
在JDK1.2以前的版本中,当一个对象不被任何变量引用,那么程序就无法再使用这个对象。也就是说,只有对象处于可触及状态,程序才能使用它。这 就像在日常生活中,从商店购买了某样物品后,如果有用,就一直保留它,否则就把它扔到垃圾箱,由清洁工人收走。一般说来,如果物品已经被扔到垃圾箱,想再 把它捡回来使用就不可能了。
但有时候情况并不这么简单,你可能会遇到类似鸡肋一样的物品,食之无味,弃之可惜。这种物品现在已经无用了,保留它会占空间,但是立刻扔掉它也不划算,因 为也许将来还会派用场。对于这样的可有可无的物品,一种折衷的处理办法是:如果家里空间足够,就先把它保留在家里,如果家里空间不够,即使把家里所有的垃圾清除,还是无法容纳那些必不可少的生活用品,那么再扔掉这些可有可无的物品。
从JDK1.2版本开始,把对象的引用分为四种级别,从而使程序能更加灵活的控制对象的生命周期。这四种级别由高到低依次为:强引用、软引用、弱引用和虚引用,下面是创建后3种引用需要用到的类。

Reference主要的源码:

public abstract class Reference<T>{
private T referent;
Reference(T referent) {
this(referent, null);
}

Reference(T referent, ReferenceQueue<? super T> queue) {
this.referent = referent;
this.queue = (queue == null) ? ReferenceQueue.NULL : queue;
}
public T get() {
return this.referent;
}
}

1.强引用

以前我们使用的大部分引用实际上都是强引用,这是使用最普遍的引用。如果一个对象具有强引用,那就类似于必不可少的生活用品,垃圾回收器绝不会回收它。当内存空间不足,Java虚拟机宁愿抛出OutOfMemoryError错误,使程序异常终止,也不会靠随意回收具有强引用的对象来解决内存不足问题。

static final int KB_1 = 1024;//1kb
static final int MB_1 = 1024 * KB_1;//1mb
static final int MB_5 = 5 * MB_1;//5mb
static final int MB_50 = 50 * MB_1;//50mb

@Test
public void strongReference() throws InterruptedException {
List<byte[]> list = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < 300; i++) {
list.add(new byte[MB_5]);
}
}

list.add进去的数据都是强引用的数据,不会被垃圾回收器回收,当内存不足的时候,会报oom,我们来试一下。
设置一下jvm启动参数,最大堆内存100MB

-Xmx100M -Xms100M

运行输出,堆内存溢出了。

java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

at ReferenceTest.strongReference(ReferenceTest.java:19)

2、软引用(SoftReference)

如果一个对象只具有软引用,那就类似于可有可物的生活用品。如果内存空间足够,垃圾回收器就不会回收它,如果内存空间不足了,就会回收这些对象的内存。只要垃圾回收器没有回收它,该对象就可以被程序使用。软引用可用来实现内存敏感的高速缓存。
软引用可以和一个引用队列(ReferenceQueue)联合使用,如果软引用所引用的对象被垃圾回收,JAVA虚拟机就会把这个软引用加入到与之关联的引用队列中。
软引用对应的类:SoftReference

public class SoftReference<T> extends Reference<T>{

public SoftReference(T referent) {
super(referent);
}

}

案例代码

@Test
public void softReference() throws InterruptedException {
//创建一个软引用,引用50mb的byte数据
SoftReference<byte[]> sr1 = new SoftReference<>(new byte[MB_50]);//@1
//获取软引用中的数据
System.out.println(sr1.get());
//来个强引用的list
List<byte[]> list = new ArrayList<>();
//选好向list中添加数据,慢慢内存不足,会触发弱引用sr1中引用的50MB byte数据被回收
for (int i = 0; i < 10; i++) {
list.add(new byte[MB_5]);
//获取弱引用中引用的数据
byte[] bytes = sr1.get();
System.out.println(list.size() + ":" + bytes);
TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
if (bytes == null) {
break;
}
}
}

下图是@1代码对应的内存结构:

下面我们来测试一下效果,先设置一下jvm启动参数,最大堆内存100MB

-Xmx100M -Xms100M

运行结果如下,循环第8次的时候,内存不足,此时会回收sr1中软引用的50MB byte数据,然后通过sr1.get()方法获取引用的数据,此时为null,说明已经被垃圾收集器回收了

[B@200a570f
1:[B@200a570f
2:[B@200a570f
3:[B@200a570f
4:[B@200a570f
5:[B@200a570f
6:[B@200a570f
7:[B@200a570f
8:null

3.弱引用(WeakReference)

如果一个对象只具有弱引用,那就类似于可有可物的生活用品。弱引用与软引用的区别在于:只具有弱引用的对象拥有更短暂的生命周期。在垃圾回收器线程扫描它 所管辖的内存区域的过程中,一旦发现了只具有弱引用的对象,不管当前内存空间足够与否,都会回收它的内存。不过,由于垃圾回收器是一个优先级很低的线程, 因此不一定会很快发现那些只具有弱引用的对象。
弱引用可以和一个引用队列(ReferenceQueue)联合使用,如果弱引用所引用的对象被垃圾回收,Java虚拟机就会把这个弱引用加入到与之关联的引用队列中。
弱引用对应的类:WeakReference,案例代码

@Test
public void weakReference() throws InterruptedException {
//创建一个弱引用,引用50mb的byte数据
WeakReference<byte[]> sr1 = new WeakReference<>(new byte[MB_50]);
//获取软引用中的数据
System.out.println(sr1.get());
System.out.println("触发gc");
System.gc();//触发gc,会导致弱引用中的数据被回收,即sr1中引用的50mb byte被回收
System.out.println("gc完毕");
System.out.println(sr1.get());
}

运行输出

[B@200a570f
触发gc
gc完毕
null

4.虚引用(PhantomReference)

“虚引用”顾名思义,就是形同虚设,与其他几种引用都不同,虚引用并不会决定对象的生命周期。如果一个对象仅持有虚引用,那么它就和没有任何引用一样,在任何时候都可能被垃圾回收。虚引用主要用来跟踪对象被垃圾回收的活动。虚引用与软引用和弱引用的一个区别在于:虚引用必须和引用队列(ReferenceQueue)联合使用。当垃圾回收器准备回收一个对象时,如果发现它还有虚引用,就会在回收对象的内存之前,把这个虚引用加入到与之关联的引用队列中。程序可以通过判断引用队列中是否已经加入了虚引用,来了解被引用的对象是否将要被垃圾回收。程序如果发现某个虚引用已经被加入到引用队列,那么就可以在所引用的对象的内存被回收之前采取必要的行动。
虚引用对应的类:PhantomReference,案例代码

@Test
public void phantomReference() throws InterruptedException {
//创建引用队列,当Reference对象引用的数据被回收的时候,Reference对象会被加入到这个队列中
ReferenceQueue<byte[]> referenceQueue = new ReferenceQueue<>();
PhantomReference<byte[]> sr1 = new PhantomReference<>(new byte[MB_50], referenceQueue);
System.out.println(sr1);
//获取软引用中的数据
System.out.println(sr1.get());
System.out.println(referenceQueue.poll());
System.out.println("触发gc");
System.gc();//触发gc
System.out.println("gc完毕");
System.out.println(sr1.get());
System.out.println(referenceQueue.poll());
}

运行输出

java.lang.ref.PhantomReference@200a570f
null
null
触发gc
gc完毕
null
java.lang.ref.PhantomReference@200a570f

输出中可以看出get()方法获取引用的数据都是null,第一行和最后一行结果一样,可以看出,虚引用的数据被回收之后,虚引用被加入到了队列中。

5.4种引用对比

引用类型 被回收时间 用途 生存时间
强引用 从来不会 对象的一般状态 jvm退出时终止
软引用 内存不足时 对象缓存 内存不足时终止
弱引用 垃圾回收时 对象缓存 gc运行之后终止
虚引用 unknow unknow unknow
有问题的欢迎留言交流!

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