十分鐘理解Java中的弱引用

本篇文章嘗試從What、Why、How這三個(gè)角度來探索Java中的弱引用，幫助大家理解Java中弱引用的定義、基本使用場(chǎng)景和使用方法。由于個(gè)人水平有限，敘述中難免存在不準(zhǔn)確或是不清晰的地方，希望大家可以指出，謝謝大家：）

1. What——什么是弱引用？

Java中的弱引用具體指的是java.lang.ref.WeakReference<T>類，我們首先來看一下官方文檔對(duì)它做的說明：

弱引用對(duì)象的存在不會(huì)阻止它所指向的對(duì)象被垃圾回收器回收。弱引用最常見的用途是實(shí)現(xiàn)規(guī)范映射(canonicalizing mappings，比如哈希表）。

假設(shè)垃圾收集器在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)決定一個(gè)對(duì)象是弱可達(dá)的(weakly reachable)（也就是說當(dāng)前指向它的全都是弱引用），這時(shí)垃圾收集器會(huì)清除所有指向該對(duì)象的弱引用，然后把這個(gè)弱可達(dá)對(duì)象標(biāo)記為可終結(jié)(finalizable)的，這樣它隨后就會(huì)被回收。與此同時(shí)或稍后，垃圾收集器會(huì)把那些剛清除的弱引用放入創(chuàng)建弱引用對(duì)象時(shí)所指定的引用隊(duì)列(Reference Queue)中。

實(shí)際上，Java中存在四種引用，它們由強(qiáng)到弱依次是：強(qiáng)引用、軟引用、弱引用、虛引用。下面我們簡(jiǎn)單介紹下除弱引用外的其他三種引用：

• 強(qiáng)引用（Strong Reference）：通常我們通過new來創(chuàng)建一個(gè)新對(duì)象時(shí)返回的引用就是一個(gè)強(qiáng)引用，若一個(gè)對(duì)象通過一系列強(qiáng)引用可到達(dá)，它就是強(qiáng)可達(dá)的(strongly reachable)，那么它就不被回收

• 軟引用（Soft Reference）：軟引用和弱引用的區(qū)別在于，若一個(gè)對(duì)象是弱引用可達(dá)，無論當(dāng)前內(nèi)存是否充足它都會(huì)被回收，而軟引用可達(dá)的對(duì)象在內(nèi)存不充足時(shí)才會(huì)被回收，因此軟引用要比弱引用“強(qiáng)”一些

• 虛引用（Phantom Reference）：虛引用是Java中最弱的引用，那么它弱到什么程度呢？它是如此脆弱以至于我們通過虛引用甚至無法獲取到被引用的對(duì)象，虛引用存在的唯一作用就是當(dāng)它指向的對(duì)象被回收后，虛引用本身會(huì)被加入到引用隊(duì)列中，用作記錄它指向的對(duì)象已被回收。

Why——為什么使用弱引用？

考慮下面的場(chǎng)景：現(xiàn)在有一個(gè)Product類代表一種產(chǎn)品，這個(gè)類被設(shè)計(jì)為不可擴(kuò)展的，而此時(shí)我們想要為每個(gè)產(chǎn)品增加一個(gè)編號(hào)。一種解決方案是使用HashMap<Product, Integer>。于是問題來了，如果我們已經(jīng)不再需要一個(gè)Product對(duì)象存在于內(nèi)存中（比如已經(jīng)賣出了這件產(chǎn)品），假設(shè)指向它的引用為productA，我們這時(shí)會(huì)給productA賦值為null，然而這時(shí)productA過去指向的Product對(duì)象并不會(huì)被回收，因?yàn)樗@然還被HashMap引用著。所以這種情況下，我們想要真正的回收一個(gè)Product對(duì)象，僅僅把它的強(qiáng)引用賦值為null是不夠的，還要把相應(yīng)的條目從HashMap中移除。顯然“從HashMap中移除不再需要的條目”這個(gè)工作我們不想自己完成，我們希望告訴垃圾收集器：在只有HashMap中的key在引用著Product對(duì)象的情況下，就可以回收相應(yīng)Product對(duì)象了。顯然，根據(jù)前面弱引用的定義，使用弱引用能幫助我們達(dá)成這個(gè)目的。我們只需要用一個(gè)指向Product對(duì)象的弱引用對(duì)象來作為HashMap中的key就可以了。

How——如何使用弱引用？

拿上面介紹的場(chǎng)景舉例，我們使用一個(gè)指向Product對(duì)象的弱引用對(duì)象來作為HashMap的key，只需這樣定義這個(gè)弱引用對(duì)象：

Product productA = new Product(...);
 WeakReference<Product> weakProductA = new WeakReference<>(

Product product = weakProductA.get();

實(shí)際上，對(duì)于這種情況，Java類庫為我們提供了WeakHashMap類，使用和這個(gè)類，它的鍵自然就是弱引用對(duì)象，無需我們?cè)偈謩?dòng)包裝原始對(duì)象。這樣一來，當(dāng)productA變?yōu)閚ull時(shí)（表明它所引用的Product已經(jīng)無需存在于內(nèi)存中），這時(shí)指向這個(gè)Product對(duì)象的就是由弱引用對(duì)象weakProductA了，那么顯然這時(shí)候相應(yīng)的Product對(duì)象時(shí)弱可達(dá)的，所以指向它的弱引用會(huì)被清除，這個(gè)Product對(duì)象隨即會(huì)被回收，指向它的弱引用對(duì)象會(huì)進(jìn)入引用隊(duì)列中。

引用隊(duì)列

下面我們來簡(jiǎn)單地介紹下引用隊(duì)列的概念。實(shí)際上，WeakReference類有兩個(gè)構(gòu)造函數(shù)：

//
創(chuàng)建一個(gè)指向給定對(duì)象的弱引用
 WeakReference(T referent) 
 //
創(chuàng)建一個(gè)指向給定對(duì)象并且登記到給定引用隊(duì)列的弱引用
 WeakReference(T referent, ReferenceQueue<? super T> q)

我們可以看到第二個(gè)構(gòu)造方法中提供了一個(gè)ReferenceQueue類型的參數(shù)，通過提供這個(gè)參數(shù)，我們便把創(chuàng)建的弱引用對(duì)象注冊(cè)到了一個(gè)引用隊(duì)列上，這樣當(dāng)它被垃圾回收器清除時(shí)，就會(huì)把它送入這個(gè)引用隊(duì)列中，我們便可以對(duì)這些被清除的弱引用對(duì)象進(jìn)行統(tǒng)一管理。