《编程基础增加篇 对象的四大引用 SoftReference》
《编程基础增加篇 对象的四大引用 SoftReference》
2011年04月17日
本文介绍对象的强、软、弱和虚引用的概念、应用及其在UML中的表示。 原文出自 http://blog.csdn.net/kavendb/archive/2010/10/12/59 35577.aspx
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很多时候我们需要考虑Android平台上的内存管理问题，Dalvik VM给每个进程都分配了一定量的可用堆内存，当我们处理一些耗费资源的操作时可能会产生OOM错误(OutOfMemoryError)这样的异常，Android123观察了下国内的类似Market客户端设计，基本上都没有采用很好的内存管理机制和缓存处理。
如果细心的网友可能发现Android Market客户端载入时，每个列表项的图标是异步 刷新显示的，但当我们快速的往下滚动到一定数量比如50个，再往回滚动时可能我们看到了部分App的图标又重新开始加载，当然这一过程可能是从SQLite数据库中缓存的，但是在内存中已经通过类似SoftReference的方式管理内存。
在Java中内存管理，引用分为四大类，强引用HardReference、弱引用WeakReference、软引用SoftReference和虚引用PhantomReference。它们的区别也很明显，HardReference对象是即使虚拟机内存吃紧抛出OOM也不会导致这一引用的对象被回收，而WeakReference等更适合于一些数量不多，但体积稍微庞大的对象，在这四个引用中，它是最容易被垃圾回收的，而我们对于显示类似 Android Market中每个应用的App Icon时可以考虑使用SoftReference来解决内存不至于快速回收，同时当内存短缺面临Java VM崩溃抛出OOM前时，软引用将会强制回收内存，最后的虚引用一般没有实际意义，仅仅观察GC的活动状态，对于测试比较实用同时必须和 ReferenceQueue一起使用。
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Java 2 平台引入了 java.lang.ref 包，其中包括的类可以让您引用对象，而不将它们留在内存中。这些类还提供了与垃圾收集器（garbage collector）之间有限的交互。
1.先“由强到弱”（只的是和垃圾回收器的关系）明确几个基本概念：
strong references是那种你通常建立的reference，这个reference就是强可及的。这个不会被垃圾回收器自动回收。例如：
StringBuffer buffer = new StringBuffer();
其中这个buffer就是强引用，之所以称为“强”是取决于它如何处理与Garbage Collector的关系的：它是无论如何都不会被回收的。够强的。强引用在某些时候是有个问题的，下边的一个哈希表实例就是很好的说明。而且还有一个问题就是在缓冲上，尤其是诸如图片等大的结构上。我们在内存中开辟一块区域放置图片缓冲，那我们就希望有个指针指向那块区域。此时若是使用强引用则会强迫图片留在内存，当你觉得不需要的时候你需要手动移除，否则就是内存泄漏。
WeakReference则类似于可有可无的东西。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，说白了就是一个没那么strong要求垃圾回收器将一个对象保留在内存中。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。常说的Unreachable和弱引用指代的是一个意思。这可能还是说不清楚，那么我举个例子：
你有一个类叫做Widget，但是由于某种原因它不能通过继承来添加一项功能。当我们想从这个对象中取出一些信息的时候怎么办呢？假设我们需要监视每个 Widget的serial Number，但是这个Widget却偏偏没有这个属性，而且还不可继承...这时候我们想到了用 HashMaps：serialNumberMap.put(widget, widgetSerialNumber);
这不就截了嘛~表面上看起来是ok的，但是正是Widget这个Strong Reference产生了问题。当我们设定某个Widget的SerialNumber不需要的时候，那么要从这个映射表中除去这个映射对，否则我们就有了内存泄漏或者是出错（移除了有效的SerialNumber）。这个问题听起来很耳熟，是的，在没有垃圾管理机制的语言中这是个常见问题，在JAVA中我们不用担心。因为我们有WeakReference。我们使用内置的WeakHashMap类，这个类和哈希表HashMap几乎一样，但就是在键 key的地方使用了WeakReference，若一个WeakHashMap key成为了垃圾，那么它对应的入口就会自动被移除。这就解决了上述问题~
SoftReference则也类似于可有可无的东西。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。
弱引用与软引用的区别在于：具有WeakReference的对象拥有更短暂的生命周期。或者说SoftReference比WeakReference对回收它所指的对象不敏感。一个WeakReference对象会在下一轮的垃圾回收中被清理，而SoftReference对象则会保存一段时间。SoftReferences并不会主动要求与 WeakReference有什么不同，但是实际上SoftReference对象一般在内存充裕时一般不会被移除，这就是说对于创建缓冲区它们是不错的选择。它兼有了StrongReference和WeakReference的好处，既能停留在内存中，又能在内存不足是去处理，这一切都是自动的！
PhantomReference为"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，也就是说其get方法任何时间都会返回null。虚引用主要用来跟踪对象被垃圾回收的活动。其必须和引用队列（ReferenceQueue）联合使用，这是与弱引用和软引用最大的不同。
WeakReference是在垃圾回收活动之前将对象入队的，理论上讲这个对象还可以使用finalize()方法使之重生，但是WeakReference仍然是死掉了。 PhantomReferences对象是在对象从内存中清除出去的时候才入队的。也就是说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。它限制了finalize()方法的使用，更安全也更高效。
2.我们看看这个包给我们提供了什么类？
WeakReference 类
WeakReference weakref = new WeakReference(ref);
这样 weakref 就是 ref 指向对象的一个 weak reference。要引用这个 weak reference 指向的对象可以用 get 方法。把对象的 weak reference 放入 Hashtable 或者缓存中，当没有 strong reference 指向他们的时候，对象就可以被垃圾收集器回收了。实际上，有一个 WeakHashMap 就是专门做这个事的。一旦WeakReference使用get方法返回null的时候，它指向的对象已经变成了垃圾，这个weakref对象也没什么用处了。这就需要有一些清理工作了。而ReferenceQueue类就是做这个的，要是你向ReferenceQueue类传递了一个 WeakReference的构造方法，那么当引用所指的对象成为垃圾时，这个引用的对象就会被自动插入到这个引用队列中。你可以在一定时间间隔内处理这个队列。
SoftReference 类
可用来实现智能缓存（java.lang.ref.SoftReference is a relatively new class, used to implement smart caches.）
假定你有一个对象引用，指向一个大数组：
Object obj = new char[1000000];
并且如果可能的话，你打算一直保存这个数组，但是如果内存极其短缺的话，你乐于释放这个数组。你可以使用一个
soft reference:
SoftReference ref = new SoftReference(obj);
Obj是这个soft reference的引用。在以后你用以下的方式检测这个引用：
if (ref.get() == null)// (referent has been cleared)
else// (referent has not been cleared)
如果这个引用已经被清除了，那么垃圾回收器会收回它所使用的空间，并且你缓存的对象也已经消失。需要注意的是，如果这个指示物还有对它的别的引用，那么垃圾回收器将不会清除它。这个方案可以被用来实现各种不同类型的缓存，这些缓存的特点是只要有可能对象就会被一直保存下来，但是如果内存紧张对象就被清除掉。
注意：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。
e.g.
Java代码
1.import java.lang.ref.*;
2.
3.public class References {
4. public static void main(String[] args) {
5. Object weakObj, phantomObj;
6. Reference ref;
7. WeakReference weakRef;
8. PhantomReference phantomRef;
9. ReferenceQueue weakQueue, phantomQueue;
10.
11. weakObj = new String("Weak Reference");
12. phantomObj = new String("Phantom Reference");
13. weakQueue = new ReferenceQueue();
14. phantomQueue = new ReferenceQueue();
15. weakRef = new WeakReference(weakObj, weakQueue);
16. phantomRef = new PhantomReference(phantomObj, phantomQueue);
17.
18. // Print referents to prove they exist. Phantom referents
19. // are inaccessible so we should see a null value.
20. System.out.println("Weak Reference: " + weakRef.get());
21. System.out.println("Phantom Reference: " + phantomRef.get());
22.
23. // Clear all strong references
24. weakObj = null;
25. phantomObj = null;
26.
27. // Invoke garbage collector in hopes that references
28. // will be queued
29. System.gc();
30.
31. // See if the garbage collector has queued the references
32. System.out.println("Weak Queued: " + weakRef.isEnqueued());
33. // Try to finalize the phantom references if not already
34. if(!phantomRef.isEnqueued()) {
35. System.out.println("Requestion finalization.");
36. System.runFinalization();
37. }
38. System.out.println("Phantom Queued: " + phantomRef.isEnqueued());
39.
40. // Wait until the weak reference is on the queue and remove it
41. try {
42. ref = weakQueue.remove();
43. // The referent should be null
44. System.out.println("Weak Reference: " + ref.get());
45. // Wait until the phantom reference is on the queue and remove it
46. ref = phantomQueue.remove();
47. System.out.println("Phantom Reference: " + ref.get());
48. // We have to clear the phantom referent even though
49. // get() returns null
50. ref.clear();
51. } catch(InterruptedException e) {
52. e.printStackTrace();
53. return;
54. }
55. }
56.}
本篇文章来源于：开发学院 http://edu.codepub.com 原文链接：http://edu.codepub.com/2010/1018/26469.php
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如果你想写一个 Java 程序，观察某对象什么时候会被垃圾收集的执行绪清除，你必须要用一个 reference 记住此对象，以便随时观察，但是却因此造成此对象的 reference 数目一直无法为零， 使得对象无法被清除。
java.lang.ref.WeakReference
不过，现在有了 Weak Reference 之后，这就可以迎刃而解了。如果你希望能随时取得某对象的信息，但又不想影响此对象的垃圾收集，那么你应该用 Weak Reference 来记住此对象，而不是用一般的 reference。
A obj = new A();
WeakReference wr = new WeakReference(obj);
obj = null;
//等待一段时间，obj对象就会被垃圾回收
...
if (wr.get()==null) {
System.out.println("obj 已经被清除了 ");
} else {
System.out.println("obj 尚未被清除，其信息是 "+obj.toString());
}
...
在此例中，透过 get() 可以取得此 Reference 的所指到的对象，如果传出值为 null 的话，代表此对象已经被清除。
这类的技巧，在设计 Optimizer 或 Debugger 这类的程序时常会用到，因为这类程序需要取得某对象的信息，但是不可以 影响此对象的垃圾收集。
java.lang.ref.SoftReference
Soft Reference 虽然和 Weak Reference 很类似，但是用途却不同。被 Soft Reference 指到的对象，即使没有任何 Direct Reference，也不会被清除。一直要到 JVM 内存不足时且 没有 Direct Reference 时才会清除，SoftReference 是用来设计 object-cache 之用的。如此一来 SoftReference 不但可以把对象 cache 起来，也不会造成内存不足的错误 （OutOfMemoryError）。我觉得 Soft Reference 也适合拿来实作 pooling 的技巧。
A obj = new A();
SoftRefenrence sr = new SoftReference(obj);
引用时
if(sr!=null){
obj = sr.get();
}else{
obj = new A();
sr = new SoftReference(obj);
}
本篇文章来源于：开发学院 http://edu.codepub.com 原文链接：http://edu.codepub.com/2010/0907/25699.php
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1．对象的强、软、弱和虚引用
在JDK 1.2以前的版本中，若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（reachable）状态，程序才能使用它。从JDK 1.2版本开始，把对象的引用分为4种级别，从而使程序能更加灵活地控制对象的生命周期。这4种级别由高到低依次为：强引用、软引用、弱引用和虚引用。图1为对象应用类层次。
图1
⑴强引用（StrongReference）
强引用是使用最普遍的引用。如果一个对象具有强引用，那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的问题。
⑵软引用（SoftReference）
如果一个对象只具有软引用，则内存空间足够，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（下文给出示例）。
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器回收，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。
⑶弱引用（WeakReference）
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。
⑷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器回收。
虚引用主要用来跟踪对象被垃圾回收器回收的活动。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。
ReferenceQueue queue = new ReferenceQueue ();
PhantomReference pr = new PhantomReference (object, queue);
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。
2．对象可及性的判断
在很多时候，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。如图2所示
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:
◆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。
◆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。
3．使用软引用构建敏感数据的缓存 3.1 为什么需要使用软引用
首先，我们看一个雇员信息查询系统的实例。我们将使用一个Java语言实现的雇员信息查询系统查询存储在磁盘文件或者数据库中的雇员人事档案信息。作为一个用户，我们完全有可能需要回头去查看几分钟甚至几秒钟前查看过的雇员档案信息(同样，我们在浏览WEB页面的时候也经常会使用“后退”按钮)。这时我们通常会有两种程序实现方式:一种是把过去查看过的雇员信息保存在内存中，每一个存储了雇员档案信息的Java对象的生命周期贯穿整个应用程序始终;另一种是当用户开始查看其他雇员的档案信息的时候，把存储了当前所查看的雇员档案信息的Java对象结束引用，使得垃圾收集线程可以回收其所占用的内存空间，当用户再次需要浏览该雇员的档案信息的时候，重新构建该雇员的信息。很显然，第一种实现方法将造成大量的内存浪费，而第二种实现的缺陷在于即使垃圾收集线程还没有进行垃圾收集，包含雇员档案信息的对象仍然完好地保存在内存中，应用程序也要重新构建一个对象。我们知道，访问磁盘文件、访问网络资源、查询数据库等操作都是影响应用程序执行性能的重要因素，如果能重新获取那些尚未被回收的Java对象的引用，必将减少不必要的访问，大大提高程序的运行速度。
3.2 如何使用软引用
SoftReference的特点是它的一个实例保存对一个Java对象的软引用，该软引用的存在不妨碍垃圾收集线程对该Java对象的回收。也就是说，一旦SoftReference保存了对一个Java对象的软引用后，在垃圾线程对这个Java对象回收前，SoftReference类所提供的get()方法返回Java对象的强引用。另外，一旦垃圾线程回收该Java对象之后，get()方法将返回null。
看下面代码:
MyObject aRef = new?MyObject();
SoftReference aSoftRef=new SoftReference(aRef);
此时，对于这个MyObject对象，有两个引用路径，一个是来自SoftReference对象的软引用，一个来自变量aReference的强引用，所以这个MyObject对象是强可及对象。
随即，我们可以结束aReference对这个MyObject实例的强引用:
aRef = null;
此后，这个MyObject对象成为了软可及对象。如果垃圾收集线程进行内存垃圾收集，并不会因为有一个SoftReference对该对象的引用而始终保留该对象。Java虚拟机的垃圾收集线程对软可及对象和其他一般Java对象进行了区别对待:软可及对象的清理是由垃圾收集线程根据其特定算法按照内存需求决定的。也就是说，垃圾收集线程会在虚拟机抛出OutOfMemoryError之前回收软可及对象，而且虚拟机会尽可能优先回收长时间闲置不用的软可及对象，对那些刚刚构建的或刚刚使用过的“新”软可反对象会被虚拟机尽可能保留。在回收这些对象之前，我们可以通过:
MyObject anotherRef=(MyObject)aSoftRef.get();
重新获得对该实例的强引用。而回收之后，调用get()方法就只能得到null了。
3.3 使用ReferenceQueue清除失去了软引用对象的SoftReference
作为一个Java对象，SoftReference对象除了具有保存软引用的特殊性之外，也具有Java对象的一般性。所以，当软可及对象被回收之后，虽然这个SoftReference对象的get()方法返回null,但这个SoftReference对象已经不再具有存在的价值，需要一个适当的清除机制，避免大量SoftReference对象带来的内存泄漏。在java.lang.ref包里还提供了ReferenceQueue。如果在创建SoftReference对象的时候，使用了一个ReferenceQueue对象作为参数提供给SoftReference的构造方法，如:
ReferenceQueue queue = new?ReferenceQueue();
SoftReference?ref=new?SoftReference(aMyObject, queue);
那么当这个SoftReference所软引用的aMyOhject被垃圾收集器回收的同时，ref所强引用的SoftReference对象被列入ReferenceQueue。也就是说，ReferenceQueue中保存的对象是Reference对象，而且是已经失去了它所软引用的对象的Reference对象。另外从ReferenceQueue这个名字也可以看出，它是一个队列，当我们调用它的poll()方法的时候，如果这个队列中不是空队列，那么将返回队列前面的那个Reference对象。
在任何时候，我们都可以调用ReferenceQueue的poll()方法来检查是否有它所关心的非强可及对象被回收。如果队列为空，将返回一个null,否则该方法返回队列中前面的一个Reference对象。利用这个方法，我们可以检查哪个SoftReference所软引用的对象已经被回收。于是我们可以把这些失去所软引用的对象的SoftReference对象清除掉。常用的方式为:
SoftReference ref = null;
while ((ref = (EmployeeRef) q.poll()) != null) {
// 清除ref
}
理解了ReferenceQueue的工作机制之后，我们就可以开始构造一个Java对象的高速缓存器了。
3.4通过软可及对象重获方法实现Java对象的高速缓存
利用Java2平台垃圾收集机制的特性以及前述的垃圾对象重获方法，我们通过一个雇员信息查询系统的小例子来说明如何构建一种高速缓存器来避免重复构建同一个对象带来的性能损失。我们将一个雇员的档案信息定义为一个Employee类:
public class Employee {
private String id;// 雇员的标识号码
private String name;// 雇员姓名
private String department;// 该雇员所在部门
private String Phone;// 该雇员联系电话
private int salary;// 该雇员薪资
private String origin;// 该雇员信息的来源
// 构造方法
public Employee(String id) {
this.id = id;
getDataFromlnfoCenter();
}
// 到数据库中取得雇员信息
private void getDataFromlnfoCenter() {
// 和数据库建立连接井查询该雇员的信息，将查询结果赋值
// 给name，department，plone，salary等变量
// 同时将origin赋值为"From DataBase"
}
……
这个Employee类的构造方法中我们可以预见，如果每次需要查询一个雇员的信息。哪怕是几秒中之前刚刚查询过的，都要重新构建一个实例，这是需要消耗很多时间的。下面是一个对Employee对象进行缓存的缓存器的定义:
import java.lang.ref.ReferenceQueue;
import java.lang.ref.SoftReference;
import java.util.Hashtable;
public class EmployeeCache {
static private EmployeeCache cache;// 一个Cache实例
private Hashtable employeeRefs;// 用于Chche内容的存储
private ReferenceQueue q;// 垃圾Reference的队列
// 继承SoftReference，使得每一个实例都具有可识别的标识。
private class EmployeeRef extends SoftReference {
private String _key = "";
public EmployeeRef(Employee em, ReferenceQueue q) {
super(em, q);
_key = em.getID();
}
}
// 构建一个缓存器实例
private EmployeeCache() {
employeeRefs = new Hashtable();
q = new ReferenceQueue();
}
// 取得缓存器实例
public static EmployeeCache getInstance() {
if (cache == null) {
cache = new EmployeeCache();
}
return cache;
}
// 以软引用的方式对一个Employee对象的实例进行引用并保存该引用
private void cacheEmployee(Employee em) {
cleanCache();// 清除垃圾引用
EmployeeRef ref = new EmployeeRef(em, q);
employeeRefs.put(em.getID(), ref);
}
// 依据所指定的ID号，重新获取相应Employee对象的实例
public Employee getEmployee(String ID) {
Employee em = null;
// 缓存中是否有该Employee实例的软引用，如果有，从软引用中取得。
if (employeeRefs.containsKey(ID)) {
EmployeeRef ref = (EmployeeRef) employeeRefs.get(ID);
em = (Employee) ref.get();
}
// 如果没有软引用，或者从软引用中得到的实例是null，重新构建一个实例，
// 并保存对这个新建实例的软引用
if (em == null) {
em = new Employee(ID);
System.out.println("Retrieve From EmployeeInfoCenter. ID=" + ID);
this.cacheEmployee(em);
}
return em;
}
private void cleanCache() {
EmployeeRef ref = null;
while ((ref = (EmployeeRef) q.poll()) != null) {
employeeRefs.remove(ref._key);
}
}
// 清除Cache内的全部内容
public void clearCache() {
cleanCache();
employeeRefs.clear();
System.gc();
System.runFinalization();
}
}
注：原来ReferenceQueue起到一个监听器的效果，当发现SoftReference.get()方法返回的是null值时，就会将SoftReference注册到自己里面队列里，当我们调用ReferenceQueue的poll()方法时，返回并删除该SoftReference。
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