JVM工作原理与实战(二十四)：堆的垃圾回收-对象引用

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前言

一、软引用

1.软引用的执行过程

2.SoftReference队列机制

二、弱引用

三、虚引用与终结器引用

1.虚引用

2.终结器引用

总结

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前言

JVM作为Java程序的运行环境，其负责解释和执行字节码，管理内存，确保安全，支持多线程和提供性能监控工具，以及确保程序的跨平台运行。本文主要介绍了强引用、软引用、弱引用、虚引用、终结器引用等内容。

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在Java中，对象的生命周期由垃圾回收器管理。在可达性算法中，描述的对象引用通常指的是强引用，即GCRoot对象对普通对象有引用关系，只要这层关系存在，普通对象就不会被回收。但除了强引用外，Java还设计了其他几种引用方式，以应对不同的内存管理需求。

关于强引用（GCRoot对象对普通对象的引用）的详细讲解可以查看之前的文章：

JVM工作原理与实战(二十三)：堆的垃圾回收-引用计数法和可达性分析法-CSDN博客文章浏览阅读466次，点赞10次，收藏7次。JVM作为Java程序的运行环境，其负责解释和执行字节码，管理内存，确保安全，支持多线程和提供性能监控工具，以及确保程序的跨平台运行。本文主要介绍了判断堆上的对象是否可以回收的方法（引用计数法、可达性分析法）、查看垃圾回收日志等内容。https://blog.csdn.net/jiangyq_/article/details/135729597

一、软引用

1.软引用的执行过程

软引用是一种相对较弱的引用关系。如果一个对象仅被软引用关联，当内存不足时，这些数据将会被虚拟机视为垃圾回收的候选对象。在JDK 1.2之后，通过SoftReference类实现了软引用。它常被用于缓存的实现。例如，当内存不足时，虚拟机首先尝试回收软引用关联的对象。如果仍不能解决内存问题，软引用中的对象将被回收。如果仍然内存不足，将抛出OutOfMemory异常。

案例：

根对象（GC Root）到目标对象（对象A）形成了引用链，对象A不可回收：

根对象（GC Root）到目标对象（对象A）没有形成引用链，该对象被认为是不可达的，可以被安全地回收。当内存不足时，软引用中的对象（对象A）将被回收：

软引用的执行过程如下：

1. 将对象使用软引用包装起来，如new SoftReference<对象类型>(对象)。
2. 当内存不足时，虚拟机尝试进行垃圾回收。
3. 如果垃圾回收仍不能解决内存不足的问题，回收软引用中的对象。
4. 如果依然内存不足，抛出OutOfMemory异常。

案例：

将100M的数据放入软引用中：

    byte[] bytes = new byte[1024 *1024 *100];
    SoftReference<byte[]> softReference = new SoftReference<byte[]>(bytes);

2.SoftReference队列机制

在内存不足的情况下，如果软引用所指向的对象被回收，那么SoftReference对象本身也需要被回收。为了解决这个问题，SoftReference提供了一套有效的队列机制，以确保可以准确判断哪些SoftReference对象需要被回收。这套机制使得SoftReference能够与垃圾回收器协同工作，从而优化内存管理。

SoftReference队列机制：

• 创建与引用队列的关联：在创建SoftReference对象时，通过特定的构造器可以传入一个引用队列。这个队列用于存储SoftReference对象，以便后续的管理和回收。
• 对象回收与队列更新：当软引用包含的对象被标记为可回收时，该软引用对象会被自动加入到指定的引用队列中。这一步骤确保了被回收对象的跟踪和管理。
• 强引用删除：为了进一步管理内存，程序需要遍历这些引用队列，并删除SoftReference的强引用。这一操作是为了确保软引用对象不再占用额外的内存空间，从而使其可以被垃圾回收器顺利回收。

这套队列机制确保了内存管理的效率和准确性，使SoftReference能够适应不同的内存需求，有效地管理Java虚拟机的内存资源。

二、弱引用

弱引用的工作原理与软引用在很多方面是相似的，但在垃圾回收方面存在显著差异。主要区别在于，当弱引用关联的对象被垃圾回收时，不论当前系统内存空间足够与否，都会被回收。这一特性使得弱引用在处理内存管理时更为直接和高效。

在JDK 1.2版本之后，Java引入了WeakReference类来实现弱引用机制。这一设计使得弱引用主要在ThreadLocal中得到应用，为其提供了更为灵活和有效的内存管理方案。同时，弱引用对象同样可以利用引用队列进行回收。这一机制确保了垃圾回收器能够跟踪并管理弱引用对象的生命周期，从而更有效地释放内存空间。

案例：

将100M的数据放入弱引用中：

    byte[] bytes = new byte[1024 *1024 *100];
    WeakReference<byte[]> weakReference = new WeakReference<byte[]>(bytes);

三、虚引用与终结器引用

在Java的内存管理中，虚引用和终结器引用是两种较为特殊的引用类型，它们在常规开发中的使用频率相对较低。

1.虚引用

虚引用，也被称为幽灵引用或幻影引用，是一种抽象的引用关系。通过虚引用来获取一个对象是不可能的，因为虚引用仅仅提供了对对象的一个弱化形式的引用关系。其主要用途在于跟踪对象被垃圾回收的行为。当一个对象仅持有虚引用时，它就像没有任何引用一样，随时可能被垃圾回收器回收。

在Java中，PhantomReference类代表了虚引用。它允许程序监控对象何时被垃圾回收，并在回收时收到通知。这在某些场景下是有用的，例如管理外部资源或实现特定的内存管理策略。

2.终结器引用

终结器引用与对象的finalize方法相关联。当一个对象需要被回收时，终结器引用会将其关联到Finalizer类中的一个引用队列中。随后，FinalizerThread线程会从队列中取出对象并执行其finalize方法。需要注意的是，finalize方法的执行是在垃圾回收之后进行的，因此，当对象第二次被回收时，它才真正被回收。

尽管在finalize方法中可以将对象重新使用强引用关联上，但这通常是不推荐的。因为这可能导致内存泄漏或其他不可预见的问题。开发者应该谨慎处理终结器引用的使用，并确保finalize方法在执行完毕后不再保持对对象的引用。

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总结

JVM是Java程序的运行环境，负责字节码解释、内存管理、安全保障、多线程支持、性能监控和跨平台运行。本文主要介绍了强引用、软引用、弱引用、虚引用、终结器引用等内容，希望对大家有所帮助。