深度解读Java四种引用类型：强、软、弱与虚引用

在编程世界中，引用类型的选择关乎内存管理和程序性能。近日在CodeReview时，我再次被Java中的四种引用类型所吸引，它们分别是强引用、软引用、弱引用和虚引用。回想起上次深入学习这些引用类型还是在面试准备阶段，尽管平时使用不多，但它们的重要性不容忽视。今天，我决定彻底理清这些概念。

让我们明白四种引用类型在垃圾回收时的处理方式。简而言之，一个对象如果通过GC Root可达，那么强引用不会被回收，软引用在内存不足时会被回收，弱引用则在对象第一次GC时就会被回收。而当GC Root不可达时，不论何种引用类型，都会被回收。虚引用则比较特殊，它几乎等同于没有引用，不会影响对象的生命周期，但可以在对象被垃圾收集器回收时收到系统通知。

接下来，我们通过具体的案例来探讨这四种引用在面对GC时的表现以及它们的常见用途。设置JVM参数以便更好地观察GC行为：-Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -verbose:gc -XX:+PrintGCDetails。

强引用

这是我们日常编程中最常接触的引用类型。只要GC发生时对象通过GC Root可达，它就不会被回收。如果JVM内存不足，将会抛出OOM（OutOfMemoryError）。例如，下面的代码片段在内存不足时会抛出OutOfMemoryError：

```java

public static void main(String[] args) {

List list = new LinkedList<>();

for (int i = 0; i < 21; i++) {

list.add(new byte[1024 1024]); // 这里会创建大量的强引用对象

}

}

```

软引用

软引用在GC时，如果对象通过GC Root可达且内存足够，则不会被回收；但当内存不足时，会被垃圾收集器清理。将上述例子中的普通对象改为软引用包装，就可以避免OOM的发生。通过改造程序打印GC前后的差异，我们可以观察到软引用对象在GC后的变化情况。当堆内存最大设置为20M时，调整循环次数可以发现，GC后部分软引用对象被回收，但通过-verbose:gc -XX:+PrintGCDetails参数可以看到JVM仍然进行了几次GC尝试。

引子：从主方法开始探索

在一个静谧的代码世界中，我们从main方法出发，揭开软引用、弱引用、虚引用的神秘面纱。

软引用：缓存的持久守护者

当我们创建一个SoftReference对象并将其添加到列表中时，这个对象就像一个守护者，守护着我们的缓存数据。只要对象未被GC回收，我们就能通过SoftReference获取到数据。一旦GC发生，软引用指向的对象就会被温柔地释放。软引用特别适合那些希望缓存持续时间稍长一些的场景。

弱引用：短暂的临时庇护所

与软引用不同，弱引用下的对象只要经历一次GC就会被回收，生存时间相对短暂。它们犹如临时的庇护所，为数据提供短暂的缓存空间。在Web应用中，弱引用常被用于管理短暂的生命周期数据。

弱引用的代表——WeakHashMap

WeakHashMap利用弱引用来管理键值对。当键对象成为GC的目标时，对应的键值对将从Map中优雅地删除。在Tomcat的ConcurrentCache中，结合WeakHashMap和ConcurrentHashMap实现了一个线程安全的缓存机制。源码精简且注释详尽，仅短短59行便勾勒出强大的功能。

ThreadLocal中的弱引用智慧

ThreadLocal中的静态内部类ThreadLocalMap利用弱引用机制来判断ThreadLocal对象是否失效。一旦对象失效，其所占用的Map数据也将失去价值并被清除。这种设计确保了ThreadLocalMap始终保持高效状态。

虚引用的独特设计

虚引用与其他引用类型在设计上有所不同，它不影响GC过程，而是在对象被GC回收时发送系统通知。如何被通知呢？虚引用需要配合ReferenceQueue。当GC准备回收一个对象时，若发现它还有虚引用，就会在回收前将这个虚引用加入到与之关联的ReferenceQueue中。NIO利用虚引用来管理内存，通过一种通知机制清理在Java堆外申请的内存。DirectBuffer内的Cleaner组件，作为PhantomReference的子类，会在DirectBuffer对象被回收后收到通知。

结尾：深入了解引用类型，发掘更多应用场景

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在Reference类的方法中，有一个重要的方法由ReferenceHandler调用，名为tryHandlePending()。当这个方法被触发时，它的首要任务是处理pending状态。如果检测到pending状态不为空，那就意味着DirectBuffer已经被回收。此刻，我们可以调用Cleaner的clean()方法进行资源回收。

这个处理流程的代码被巧妙地嵌入在Reference类中。对于那些对源码充满好奇心的同学们，不妨深入探究一下这个方法，感受其内部逻辑的魅力。

Java中的四种引用各有特色，区分清楚它们的用途对于程序员来说十分重要。众所周知的是强引用，而虚引用在实际开发中并不常用。相比之下，软引用和弱引用的主要区别在于它们的回收时机：软引用在GC时仅在内存不足时才会被回收，而弱引用只要触发GC就会被立即回收。

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