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前言
1.本文属于知识点总结篇,基本内容以概念+源码分析+流程图为主.
2.本文大多数概念,属于站在巨人肩膀上整合而成,为了自己更好的复习和大众对于这块知识的了解.
3.本人学识尚浅,对于文章中如果有描述有误的地方,还请大家及时通知,然后博主及时进行更改,以免误导他人.
4.本博文的行进思路,会以导读为主,还请大家多多参阅.导读
本文会按照以下思路进行：
（1）Java的四种对象引用的基本概念
（2）四种对象引用的差异对比
（3）对象可及性的判断以及与垃圾回收机制的关系
（4）引用队列ReferenceQueue的介绍
（5）WeakHashMap的相关介绍
Java的四种对象引用的基本概念
从JDK1.2版本开始，把对象的引用分为四种级别，从而使程序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。
1、强引用
Object obj =new Object();上述Object这类对象就具有强引用，属于不可回收的资源，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，也不会靠回收具有强引用的对象，来解决内存不足的问题。
值得注意的是：如果想中断或者回收强引用对象，可以显式地将引用赋值为null，这样的话JVM就会在合适的时间，进行垃圾回收。
下图是堆区的内存示意图，分为新生代，老生代，而垃圾回收主要也是在这部分区域中进行。
2、软引用（SoftReference）
如果一个对象只具有软引用，那么它的性质属于可有可无的那种。如果此时内存空间足够，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告诉缓存。软引用可以和一个引用队列联合使用，如果软件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。
Object obj = new Object();
ReferenceQueue queue = new ReferenceQueue();
SoftReference reference = new SoftReference(obj, queue);
//强引用对象滞空，保留软引用
obj = null;当内存不足时，软引用对象被回收时，reference.get()为null，此时软引用对象的作用已经发挥完毕，这时将其添加进ReferenceQueue 队列中
如果要判断哪些软引用对象已经被清理：
SoftReference ref = null;
while ((ref = (SoftReference) queue.poll()) != null) {
//清除软引用对象
}3、弱引用(WeakReference)
如果一个对象具有弱引用，那其的性质也是可有可无的状态。
而弱引用和软引用的区别在于：弱引用的对象拥有更短的生命周期，只要垃圾回收器扫描到它，不管内存空间充足与否，都会回收它的内存。
同样的弱引用也可以和引用队列一起使用。
Object obj = new Object();
ReferenceQueue queue = new ReferenceQueue();
WeakReference reference = new WeakReference(obj, queue);
//强引用对象滞空，保留软引用
obj = null;4、虚引用（PhantomReference）
虚引用和前面的软引用、弱引用不同，它并不影响对象的生命周期。如果一个对象与虚引用关联，则跟没有引用与之关联一样，在任何时候都可能被垃圾回收器回收。
注意：虚引用必须和引用队列关联使用，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。如果程序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。
Object obj = new Object();
ReferenceQueue queue = new ReferenceQueue();
PhantomReference reference = new PhantomReference(obj, queue);
//强引用对象滞空，保留软引用
obj = null;引用总结
1.对于强引用，平时在编写代码时会经常使用。
2.而其他三种类型的引用，使用得最多就是软引用和弱引用，这两种既有相似之处又有区别，他们都来描述非必须对象。
3.被软引用关联的对象只有在内存不足时才会被回收，而被弱引用关联的对象在JVM进行垃圾回收时总会被回收。
四种对象引用的差异对比
Java中4种引用的级别由高到低依次为：
强引用 > 软引用 > 弱引用 > 虚引用垃圾回收时对比：
对象可及性的判断
在很多的时候，一个对象并不是从根集直接引用的，而是一个对象被其他对象引用，甚至同时被几个对象所引用，从而构成一个以根集为顶的树形结构。
在这个树形的引用链中，箭头的方向代表了引用的方向，所指向的对象是被引用对象。由图可以看出，从根集到一个对象可以由很多条路径。
比如到达对象5的路径就有① -> ⑤，③ ->⑦两条路径。由此带来了一个问题，那就是某个对象的可及性如何判断：
（1）单条引用路径可及性判断：
在这条路径中，最弱的一个引用决定对象的可及性。
（2）多条引用路径可及性判断：
几条路径中，最强的一条的引用决定对象的可及性。
比如，我们假设图2中引用①和③为强引用，⑤为软引用，⑦为弱引用，对于对象5按照这两个判断原则，路径①-⑤取最弱的引用⑤，因此该路径对对象5的引用为软引用。同样，③-⑦为弱引用。在这两条路径之间取最强的引用，于是对象5是一个软可及对象。
比较容易理解的是Java垃圾回收器会优先清理可及强度低的对象
另外两个重要的点：
强可达的对象一定不会被清理
JVM保证抛出out of memory之前，清理所有的软引用对象
最后总结成一张表格：
| 引用类型 | 被垃圾回收时间 | 用途 | 生存时间 |
|---|---|---|---|
| 强引用 | 从来不会 | 对象的一般状态 | JVM停止运行时终止 |
| 软引用 | 在内存不足时 | 对象缓存 | 内存不足时终止 |
| 弱引用 | 在垃圾回收时 | 对象缓存 | 垃圾回收时终止 |
| 虚引用 | Unkonwn | Unkonwn | Unkonwn |
引用队列ReferenceQueue的介绍
引用队列配合Reference的子类等使用,当引用对象所指向的对象被垃圾回收后,该Reference则被追加到引用队列的末尾.
ReferenceQueue源码分析(简要)
(1)ReferenceQueue是一个链表,这两个指针代表着头和尾
private Reference<? extends T> head = null;
private Reference<? extends T> tail = null;(2)下面看下其共有的方法
取出元素:
Reference<? extends T> ReferenceQueue#poll()如果Reference指向的对象存在则返回null,否则返回这个Reference
public Reference<? extends T> poll() {
synchronized (lock) {
if (head == null)
return null;
return reallyPollLocked();
}
}下面是具体将Reference取出的方法:
private Reference<? extends T> reallyPollLocked() {
if (head != null) {
Reference<? extends T> r = head;
if (head == tail) {
tail = null;
head = null;
} else {
head = head.queueNext;
}
//更新链表,将sQueueNextUnenqueued这个虚引用对象加入,并且已经表明该Reference已经被移除了,并且取出.
r.queueNext = sQueueNextUnenqueued;
return r;
}
return null;
}取出元素,如果队列属于空队列,那么久阻塞到其有元素为止
Reference<? extends T> ReferenceQueue#remove()和remove()的区别是,设置一个阻塞时间
Reference<? extends T> ReferenceQueue#remove(long timeout)具体实现
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 = reallyPollLocked();
if (r != null) return r;
long start = (timeout == 0) ? 0 : System.nanoTime();
//阻塞的具体实现过程,以及通过时间来控制的阻塞
for (;;) {
lock.wait(timeout);
r = reallyPollLocked();
if (r != null) return r;
if (timeout != 0) {
long end = System.nanoTime();
timeout -= (end - start) / 1000_000;
if (timeout <= 0) return null;
start = end;
}
}
}
}WeakHashMap的相关介绍
在Java集合中有一种特殊的Map类型即WeakHashMap,在这种Map中存放了键对象的弱引用,当一个键对象被垃圾回收器回收时,那么相应的值对象的引用会从Map中删除.
WeakHashMap能够节约储存空间,可用来缓存那些非必须存在的数据.
而WeakHashMap是主要通过expungeStaleEntries()这个方法来实现的,而WeakHashMap也内置了一个ReferenceQueue,来获取键对象的引用情况.
这个方法,相当于遍历ReferenceQueue然后,将已经被回收的键对象,对应的值对象滞空.
private void expungeStaleEntries() {
for (Object x; (x = queue.poll()) != null; ) {
synchronized (queue) {
@SuppressWarnings("unchecked")
Entry<K,V> e = (Entry<K,V>) x;
int i = indexFor(e.hash, table.length);
Entry<K,V> prev = table[i];
Entry<K,V> p = prev;
while (p != null) {
Entry<K,V> next = p.next;
if (p == e) {
if (prev == e)
table[i] = next;
else
prev.next = next;
// Must not null out e.next;
// stale entries may be in use by a HashIterator
//通过滞空,来帮助垃圾回收
e.value = null;
size--;
break;
}
prev = p;
p = next;
}
}
}
}而且需要注意的是:
expungeStaleEntries()并不是自动调用的,需要外部对WeakHashMap对象进行查询或者操作,才会进行自动释放的操作.如下我们看个例子:
下面例子是不断的增加1000*1000容量的WeakHashMap存入List中
public static void main(String[] args) throws Exception {
List<WeakHashMap<byte[][], byte[][]>> maps = new ArrayList<WeakHashMap<byte[][], byte[][]>>();
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
WeakHashMap<byte[][], byte[][]> d = new WeakHashMap<byte[][], byte[][]>();
d.put(new byte[1000][1000], new byte[1000][1000]);
maps.add(d);
System.gc();
System.err.println(i);
}
} 由于Java默认内存是64M，所以再不改变内存参数的情况下，该测试跑不了几步循环就内存溢出了。果不其然，WeakHashMap这个时候并没有自动帮我们释放不用的内存。
public static void main(String[] args) throws Exception {
List<WeakHashMap<byte[][], byte[][]>> maps = new ArrayList<WeakHashMap<byte[][], byte[][]>>();
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
WeakHashMap<byte[][], byte[][]> d = new WeakHashMap<byte[][], byte[][]>();
d.put(new byte[1000][1000], new byte[1000][1000]);
maps.add(d);
System.gc();
System.err.println(i);
for (int j = 0; j < i; j++) {
System.err.println(j+ " size" + maps.get(j).size());
}
}
} 而通过访问WeakHashMap的size()方法,这些就可以跑通了.
这样就能够说明了WeakHashMap并不是自动进行键值的垃圾回收操作的,而需要做对WeakHashMap的访问操作这时候才进行对键对象的垃圾回收清理.
WeakHashMap的神话 这篇帖子很棒,通过讨论WeakHashMap的回收问题,抛砖引玉.
来一张总结图:
由图可以看出,WeakHashMap中只要调用其操作方法,那么就会调用其expungeStaleEntries().
参考文章
1.Java 的四种引用方式 - 空谷幽澜
http://www.cnblogs.com/huajiezh/p/5835618.html
2.Java 的四种引用 - OYK
http://www.cnblogs.com/-OYK/archive/2011/10/24/2222874.html
3.Java 7之基础 - 强引用、弱引用、软引用、虚引用
http://blog.csdn.net/mazhimazh/article/details/19752475
4.Java魔法堂：四种引用类型、ReferenceQueue和WeakHashMap
http://www.cnblogs.com/fsjohnhuang/p/4268411.html
5.WeakHashMap的神话
http://www.iteye.com/topic/587995