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Java四種引用

在JDK 1.2以前的版本中,若一個物件不被任何變數引用,那麼程式就無法再使用這個物件。也就是說,只有物件處於可觸及(reachable)狀態,程式才能使用它。從JDK 1.2版本開始,把物件的引用分為4種級別,從而使程式能更加靈活地控制物件的生命週期。這4種級別由高到低依次為:強引用、軟引用、弱引用和虛引用。

⑴強引用(StrongReference)

  強引用是使用最普遍的引用。如果一個物件具有強引用,那垃圾回收器絕不會回收它。當記憶體空間不足,Java虛擬機器寧願丟擲OutOfMemoryError錯誤,使程式異常終止,也不會靠隨意回收具有強引用的物件來解決記憶體不足的問題。  ps:強引用其實也就是我們平時A a = new A()這個意思。
⑵軟引用(SoftReference)

  如果一個物件只具有軟引用,則記憶體空間足夠,垃圾回收器就不會回收它;如果記憶體空間不足了,就會回收這些物件的記憶體。只要垃圾回收器沒有回收它,該物件就可以被程式使用。軟引用可用來實現記憶體敏感的快取記憶體(下文給出示例)。

軟引用可以和一個引用佇列(ReferenceQueue)聯合使用,如果軟引用所引用的物件被垃圾回收器回收,Java虛擬機器就會把這個軟引用加入到與之關聯的引用佇列中。
⑶弱引用(WeakReference)

  弱引用與軟引用的區別在於:只具有弱引用的物件擁有更短暫的生命週期。在垃圾回收器執行緒掃描它所管轄的記憶體區域的過程中,一旦發現了只具有弱引用的物件,不管當前記憶體空間足夠與否,都會回收它的記憶體

。不過,由於垃圾回收器是一個優先順序很低的執行緒,因此不一定會很快發現那些只具有弱引用的物件。

弱引用可以和一個引用佇列(ReferenceQueue)聯合使用,如果弱引用所引用的物件被垃圾回收,Java虛擬機器就會把這個弱引用加入到與之關聯的引用佇列中。

⑷虛引用(PhantomReference)

  “虛引用”顧名思義,就是形同虛設,與其他幾種引用都不同,虛引用並不會決定物件的生命週期。如果一個物件僅持有虛引用,那麼它就和沒有任何引用一樣,在任何時候都可能被垃圾回收器回收

  虛引用主要用來跟蹤物件被垃圾回收器回收的活動。虛引用與軟引用和弱引用的一個區別在於:虛引用必須和引用佇列 (ReferenceQueue)聯合使用

。當垃圾回收器準備回收一個物件時,如果發現它還有虛引用,就會在回收物件的記憶體之前,把這個虛引用加入到與之關聯的引用佇列中。

ReferenceQueue queue = new ReferenceQueue ();
PhantomReference pr = new PhantomReference (object, queue); 

  程式可以通過判斷引用佇列中是否已經加入了虛引用,來了解被引用的物件是否將要被垃圾回收。如果程式發現某個虛引用已經被加入到引用佇列,那麼就可以在所引用的物件的記憶體被回收之前採取必要的行動。

使用場景

  1.利用軟引用和弱引用解決OOM問題:用一個HashMap來儲存圖片的路徑和相應圖片物件關聯的軟引用之間的對映關係,在記憶體不足時,JVM會自動回收這些快取圖片物件所佔用的空間,從而有效地避免了OOM的問題。

  2.通過軟可及物件重獲方法實現Java物件的快取記憶體:比如我們建立了一Employee的類,如果每次需要查詢一個僱員的資訊。哪怕是幾秒中之前剛剛查詢過的,都要重新構建一個例項,這是需要消耗很多時間的。我們可以通過軟引用和 HashMap 的結合,先是儲存引用方面:以軟引用的方式對一個Employee物件的例項進行引用並儲存該引用到HashMap 上,key 為此僱員的 id,value為這個物件的軟引用,另一方面是取出引用,快取中是否有該Employee例項的軟引用,如果有,從軟引用中取得。如果沒有軟引用,或者從軟引用中得到的例項是null,重新構建一個例項,並儲存對這個新建例項的軟引用。

弱引用與軟引用的根本區別在於:只具有弱引用的物件擁有更短暫的生命週期,可能隨時被回收。而只具有軟引用的物件只有當記憶體不夠的時候才被回收,在記憶體足夠的時候,通常不被回收。

在java.lang.ref包中提供了幾個類:SoftReference類、WeakReference類和PhantomReference類,它們分別代表軟引用、弱引用和虛引用。ReferenceQueue類表示引用佇列,它可以和這三種引用類聯合使用,以便跟蹤Java虛擬機器回收所引用的物件的活動。

在Android應用的開發中,為了防止記憶體溢位,在處理一些佔用記憶體大而且宣告週期較長的物件時候,可以儘量應用軟引用和弱引用技術。

下面以使用軟引用為例來詳細說明。弱引用的使用方式與軟引用是類似的。

假設我們的應用會用到大量的預設圖片,比如應用中有預設的頭像,預設遊戲圖示等等,這些圖片很多地方會用到。如果每次都去讀取圖片,由於讀取檔案需要硬體操作,速度較慢,會導致效能較低。所以我們考慮將圖片快取起來,需要的時候直接從記憶體中讀取。但是,由於圖片佔用記憶體空間比較大,快取很多圖片需要很多的記憶體,就可能比較容易發生OutOfMemory異常。這時,我們可以考慮使用軟引用技術來避免這個問題發生。

首先定義一個HashMap,儲存軟引用物件。

private Map<String, SoftReference<Bitmap>> imageCache = new HashMap<String, SoftReference<Bitmap>>();

再來定義一個方法,儲存Bitmap的軟引用到HashMap。

    public void addBitmapToCache(String path) {
        // 強引用的Bitmap物件
        Bitmap bitmap = BitmapFactory.decodeFile(path);
        // 軟引用的Bitmap物件
        SoftReference<Bitmap> softBitmap = new SoftReference<Bitmap>(bitmap);
        // 新增該物件到Map中使其快取
        imageCache.put(path, softBitmap);
    }
 

獲取的時候,可以通過SoftReference的get()方法得到Bitmap物件。

 public Bitmap getBitmapByPath(String path) {
        // 從快取中取軟引用的Bitmap物件
        SoftReference<Bitmap> softBitmap = imageCache.get(path);
        // 判斷是否存在軟引用
        if (softBitmap == null) {
            return null;
        }
        // 取出Bitmap物件,如果由於記憶體不足Bitmap被回收,將取得空
        Bitmap bitmap = softBitmap.get();
        return bitmap;
    }

使用軟引用以後,在OutOfMemory異常發生之前,這些快取的圖片資源的記憶體空間可以被釋放掉的,從而避免記憶體達到上限,避免Crash發生。

需要注意的是,在垃圾回收器對這個Java物件回收前,SoftReference類所提供的get方法會返回Java物件的強引用,一旦垃圾執行緒回收該Java物件之後,get方法將返回null。所以在獲取軟引用物件的程式碼中,一定要判斷是否為null,以免出現NullPointerException異常導致應用崩潰。

經驗分享:

到底什麼時候使用軟引用,什麼時候使用弱引用呢?

個人認為,如果只是想避免OutOfMemory異常的發生,則可以使用軟引用。如果對於應用的效能更在意,想盡快回收一些佔用記憶體比較大的物件,則可以使用弱引用。

還有就是可以根據物件是否經常使用來判斷。如果該物件可能會經常使用的,就儘量用軟引用。如果該物件不被使用的可能性更大些,就可以用弱引用。

另外,和弱引用功能類似的是WeakHashMap。WeakHashMap對於一個給定的鍵,其對映的存在並不阻止垃圾回收器對該鍵的回收,回收以後,其條目從對映中有效地移除。WeakHashMap使用ReferenceQueue實現的這種機制。


使用軟引用構建敏感資料的快取

1.為什麼需要使用軟引用
首先,我們看一個僱員資訊查詢系統的例項。我們將使用一個Java語言實現的僱員資訊查詢系統查詢儲存在磁碟檔案或者資料庫中的僱員人事檔案資訊。作為一個使用者,我們完全有可能需要回頭去檢視幾分鐘甚至幾秒鐘前檢視過的僱員檔案資訊(同樣,我們在瀏覽WEB頁面的時候也經常會使用後退按鈕)。這時我們通常會有兩種程式實現方式:一種是把過去檢視過的僱員資訊儲存在記憶體中,每一個儲存了僱員檔案資訊的Java物件的生命週期貫穿整個應用程式始終;另一種是當用戶開始檢視其他僱員的檔案資訊的時候,把儲存了當前所檢視的僱員檔案資訊的Java物件結束引用,使得垃圾收集執行緒可以回收其所佔用的記憶體空間,當用戶再次需要瀏覽該僱員的檔案資訊的時候,重新構建該僱員的資訊。很顯然,第一種實現方法將造成大量的記憶體浪費,而第二種實現的缺陷在於即使垃圾收集執行緒還沒有進行垃圾收集,包含僱員檔案資訊的物件仍然完好地儲存在記憶體中,應用程式也要重新構建一個物件。我們知道,訪問磁碟檔案、訪問網路資源、查詢資料庫等操作都是影響應用程式執行效能的重要因素,如果能重新獲取那些尚未被回收的Java物件的引用,必將減少不必要的訪問,大大提高程式的執行速度。

2.如果使用軟引用
      SoftReference的特點是它的一個例項儲存對一個Java物件的軟引用,該軟引用的存在不妨礙垃圾收集執行緒對該Java物件的回收。也就是說,一旦SoftReference儲存了對一個Java物件的軟引用後,在垃圾執行緒對這個Java物件回收前,SoftReference類所提供的get()方法返回Java物件的強引用。另外,一旦垃圾執行緒回收該Java物件之後,get()方法將返回null
看下面程式碼:
    MyObject aRef = new MyObject();
    SoftReference aSoftRef = new SoftReference(aRef); 

此時,對於這個MyObject物件,有兩個引用路徑,一個是來自SoftReference物件的軟引用,一個來自變數aReference的強引用,所以這個MyObject物件是強可及物件。隨即,我們可以結束aReference對這個MyObject例項的強引用:

aRef = null;

此後,這個MyObject物件成為了軟可及物件。如果垃圾收集執行緒進行記憶體垃圾收集,並不會因為有一個SoftReference對該物件的引用而始終保留該物件。Java虛擬機器的垃圾收集執行緒對軟可及物件和其他一般Java物件進行了區別對待:軟可及物件的清理是由垃圾收集執行緒根據其特定演算法按照記憶體需求決定的。也就是說,垃圾收集執行緒會在虛擬機器丟擲OutOfMemoryError之前回收軟可及物件,而且虛擬機器會盡可能優先回收長時間閒置不用的軟可及物件,對那些剛剛構建的或剛剛使用過的軟可反物件會被虛擬機器儘可能保留。在回收這些物件之前,我們可以通過:

MyObject anotherRef=(MyObject)aSoftRef.get(); 
  重新獲得對該例項的強引用。而回收之後,呼叫get()方法就只能得到null了。
3 .使用ReferenceQueue清除失去了軟引用物件的SoftReference
       作為一個Java物件,SoftReference物件除了具有儲存軟引用的特殊性之外,也具有Java物件的一般性。所以,當軟可及物件被回收之後,雖然這個SoftReference物件的get()方法返回null,但這個SoftReference物件已經不再具有存在的價值,需要一個適當的清除機制,避免大量SoftReference物件帶來的記憶體洩漏。在java.lang.ref包裡還提供了ReferenceQueue。如果在建立SoftReference物件的時候,使用了一個ReferenceQueue物件作為引數提供給SoftReference的構造方法,如:
    ReferenceQueue queue = new ReferenceQueue();
    SoftReference ref = new
    SoftReference(aMyObject, queue); 

那麼當這個SoftReference所軟引用的aMyOhject被垃圾收集器回收的同時,ref所強引用的SoftReference物件被列入ReferenceQueue。也就是說,ReferenceQueue中儲存的物件是Reference物件,而且是已經失去了它所軟引用的物件的Reference物件。另外從ReferenceQueue這個名字也可以看出,它是一個佇列,當我們呼叫它的poll()方法的時候,如果這個佇列中不是空佇列,那麼將返回佇列前面的那個Reference物件。
在任何時候,我們都可以呼叫ReferenceQueuepoll()方法來檢查是否有它所關心的非強可及物件被回收。如果佇列為空,將返回一個null,否則該方法返回佇列中前面的一個Reference物件。利用這個方法,我們可以檢查哪個SoftReference所軟引用的物件已經被回收。於是我們可以把這些失去所軟引用的物件的SoftReference物件清除掉。常用的方式為:

SoftReference ref = null;
while ((ref = (EmployeeRef) q.poll()) != null) {
// 清除ref
}