java四種引用及在LeakCanery中應用
阿新 • • 發佈：2019-09-01
java 四種引用
Java4種引用的級別由高到低依次為：
StrongReference > SoftReference > WeakReference > PhantomReference1. StrongReference
String tag = new String("T"); 此處的 tag 引用就稱之為強引用。而強引用有以下特徵：
1. 強引用可以直接訪問目標物件。
2. 強引用所指向的物件在任何時候都不會被系統回收。
3. 強引用可能導致記憶體洩漏。我們要討論的其它三種Reference較之於強引用而言都屬於“弱引用”，也就是他們所引用的物件只要沒有強引用，就會根據條件被JVM的垃圾回收器所回收，它們被回收的時機以及用法各不相同。下面分別來進行討論。
2. SoftReference
軟引用有以下特徵：
1. 軟引用使用 get() 方法取得物件的強引用從而訪問目標物件。
2. 軟引用所指向的物件按照 JVM 的使用情況（Heap 記憶體是否臨近閾值）來決定是否回收。
3. 軟引用可以避免 Heap 記憶體不足所導致的異常。當垃圾回收器決定對其回收時，會先清空它的 SoftReference，也就是說 SoftReference 的 get() 方法將會返回 null，然後再呼叫物件的 finalize() 方法，並在下一輪 GC 中對其真正進行回收。
3. WeakReference
WeakReference 是弱於 SoftReference 的引用型別。弱引用的特性和基本與軟引用相似，區別就在於弱引用所指向的物件只要進行系統垃圾回收，不管記憶體使用情況如何，永遠對其進行回收（get() 方法返回 null）。
弱引用有以下特徵：
1. 弱引用使用 get() 方法取得物件的強引用從而訪問目標物件。
2. 一旦系統記憶體回收，無論記憶體是否緊張，弱引用指向的物件都會被回收。
3. 弱引用也可以避免 Heap 記憶體不足所導致的異常。4. PhantomReference（虛引用）
PhantomReference 是所有“弱引用”中最弱的引用型別。不同於軟引用和弱引用，虛引用無法通過get()方法來取得目標物件的強引用從而使用目標物件，觀察原始碼可以發現 get() 被重寫為永遠返回 null。
虛引用有以下特徵：
虛引用永遠無法使用 get() 方法取得物件的強引用從而訪問目標物件。 虛引用所指向的物件在被系統記憶體回收前，虛引用自身會被放入 ReferenceQueue 物件中從而跟蹤物件垃圾回收。 虛引用不會根據記憶體情況自動回收目標物件。 虛引用必須和引用佇列（ReferenceQueue）聯合使用
Reference與ReferenceQueue 使用demo
定義一個物件Brain
public class Brain {
public int mIndex;
// 佔用較多記憶體，當系統記憶體不足時，會自動進行回收
private byte []mem;
public Brain(int index) {
mIndex = index;
mem = new byte[1024 * 1024];
}
@Override
protected void finalize() throws Throwable {
super.finalize();
LogUtils.e("Brain", "finalize + index=" + mIndex);
}
}建立Reference並新增到RefrenceQueue中
// 定義幾個成員變數
ReferenceQueue<Brain> mWeakQueue = new ReferenceQueue<>();
ReferenceQueue<Brain> mPhQueue = new ReferenceQueue<>();
List<WeakReference<Brain>> mWeakList = new ArrayList<>();
List<PhantomReference<Brain>> mPhList = new ArrayList<>();
// 開啟守護執行緒用於檢測ReferenceQue中是否有物件被新增
private void startDemoThread() {
Thread threadWeak = new Thread(() -> {
try {
int cnt = 0;
WeakReference<Brain> k;
// remove 方法為阻塞式的， 而poll方法不是
while((k = (WeakReference) mWeakQueue.remove()) != null) {
LogUtils.e(TAG, "回收了WeakReference指向物件， : cnt=" + (cnt++) + " wf=" + k);
}
} catch(InterruptedException e) {
//結束迴圈
}
}, "MainActivityWeak");
threadWeak.setDaemon(true);
threadWeak.start();
Thread threadPh = new Thread(() -> {
try {
int cnt = 0;
PhantomReference<Brain> k;
while((k = (PhantomReference) mPhQueue.remove()) != null) {
LogUtils.e(TAG, "回收了PhantomReference指向物件， cnt=" + (cnt++) + " pr=" + k);
}
} catch(InterruptedException e) {
//結束迴圈
}
}, "MainActivityPhantom");
threadPh.setDaemon(true);
threadPh.start();
}
// 注意建立的Reference物件需要暫存起來（實測中，如果Reference被回收是不會被新增到ReferenceQueue中的）
private void test() {
for (int i=0; i<1000; i++) {
Brain src1 = new Brain(i);
Brain src2 = new Brain(100000 + i);
// 將Reference註冊到RefrenceQueue中
WeakReference<Brain> weakReference = new WeakReference<Brain>(src1, mWeakQueue);
mWeakList.add(weakReference);
//將Reference註冊到RefrenceQueue中
PhantomReference<Brain> phantomReference = new PhantomReference<>(src2, mPhQueue);
mPhList.add(phantomReference);
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
結果列印：
2019-01-29 19:22:27.499 9283-9308/com.selftest.test.testapp3 E/IFLY_SDK_MainActivity: 回收了WeakReference: cnt=0 wf=java.lang.ref.WeakReference@e1f904c
2019-01-29 19:22:27.499 9283-9308/com.selftest.test.testapp3 E/IFLY_SDK_MainActivity: 回收了WeakReference: cnt=1 wf=java.lang.ref.WeakReference@82fc895
2019-01-29 19:22:27.500 9283-9308/com.selftest.test.testapp3 E/IFLY_SDK_MainActivity: 回收了WeakReference: cnt=2 wf=java.lang.ref.WeakReference@3b3fdaa
2019-01-29 19:22:27.500 9283-9308/com.selftest.test.testapp3 E/IFLY_SDK_MainActivity: 回收了WeakReference: cnt=3 wf=java.lang.ref.WeakReference@668fd9b
2019-01-29 19:22:27.501 9283-9292/com.selftest.test.testapp3 E/IFLY_SDK_Brain: finalize + index=0
2019-01-29 19:22:27.501 9283-9292/com.selftest.test.testapp3 E/IFLY_SDK_Brain: finalize + index=100000
2019-01-29 19:22:27.502 9283-9308/com.selftest.test.testapp3 E/IFLY_SDK_MainActivity: 回收了WeakReference: cnt=4 wf=java.lang.ref.WeakReference@8db6538
2019-01-29 19:22:27.502 9283-9308/com.selftest.test.testapp3 E/IFLY_SDK_MainActivity: 回收了WeakReference: cnt=5 wf=java.lang.ref.WeakReference@f915911
2019-01-29 19:22:27.503 9283-9292/com.selftest.test.testapp3 E/IFLY_SDK_Brain: finalize + index=1
2019-01-29 19:22:27.503 9283-9292/com.selftest.test.testapp3 E/IFLY_SDK_Brain: finalize + index=100001
2019-01-29 19:22:27.504 9283-9292/com.selftest.test.testapp3 E/IFLY_SDK_Brain: finalize + index=2
2019-01-29 19:22:27.505 9283-9292/com.selftest.test.testapp3 E/IFLY_SDK_Brain: finalize + index=100002
2019-01-29 19:22:27.507 9283-9292/com.selftest.test.testapp3 E/IFLY_SDK_Brain: finalize + index=3
2019-01-29 19:22:27.507 9283-9292/com.selftest.test.testapp3 E/IFLY_SDK_Brain: finalize + index=100003
2019-01-29 19:22:27.507 9283-9292/com.selftest.test.testapp3 E/IFLY_SDK_Brain: finalize + index=4
2019-01-29 19:22:27.508 9283-9292/com.selftest.test.testapp3 E/IFLY_SDK_Brain: finalize + index=100004
2019-01-29 19:22:27.508 9283-9292/com.selftest.test.testapp3 E/IFLY_SDK_Brain: finalize + index=5
2019-01-29 19:22:27.509 9283-9292/com.selftest.test.testapp3 E/IFLY_SDK_Brain: finalize + index=100005
2019-01-29 19:22:27.629 9283-9309/com.selftest.test.testapp3 E/IFLY_SDK_MainActivity: 回收了PhantomReference: cnt=0 pr=null
2019-01-29 19:22:27.629 9283-9309/com.selftest.test.testapp3 E/IFLY_SDK_MainActivity: 回收了PhantomReference: cnt=1 pr=null
2019-01-29 19:22:27.629 9283-9308/com.selftest.test.testapp3 E/IFLY_SDK_MainActivity: 回收了WeakReference: cnt=6 wf=java.lang.ref.WeakReference@e2c4a76
2019-01-29 19:22:27.630 9283-9309/com.selftest.test.testapp3 E/IFLY_SDK_MainActivity: 回收了PhantomReference: cnt=2 pr=null
2019-01-29 19:22:27.630 9283-9308/com.selftest.test.testapp3 E/IFLY_SDK_MainActivity: 回收了WeakReference: cnt=7 wf=java.lang.ref.WeakReference@4cfd877
2019-01-29 19:22:27.630 9283-9309/com.selftest.test.testapp3 E/IFLY_SDK_MainActivity: 回收了PhantomReference: cnt=3 pr=null
2019-01-29 19:22:27.630 9283-9309/com.selftest.test.testapp3 E/IFLY_SDK_MainActivity: 回收了PhantomReference: cnt=4 pr=null
2019-01-29 19:22:27.630 9283-9308/com.selftest.test.testapp3 E/IFLY_SDK_MainActivity: 回收了WeakReference: cnt=8 wf=java.lang.ref.WeakReference@37d9ce4
2019-01-29 19:22:27.630 9283-9309/com.selftest.test.testapp3 E/IFLY_SDK_MainActivity: 回收了PhantomReference: cnt=5 pr=null
2019-01-29 19:22:27.630 9283-9308/com.selftest.test.testapp3 E/IFLY_SDK_MainActivity: 回收了WeakReference: cnt=9 wf=java.lang.ref.WeakReference@ea1754d結果分析：
- 當物件被回收後，持有他的引用WeakReference/PhantomReference會被放入ReferenceQueue中
- WeakReference在原始物件回收之前被放入ReferenceQueue中，而PhantomReference是在回收之後放入ReferenceQueue中
WeakReference在Leakcanery中的應用
LeakCanery是Android檢測記憶體洩漏的工具，可以檢測到Activity/Fragment存在的記憶體洩漏。
檢測原理：
- 在Application中註冊監聽所有Activity生命週期的listener，registerActivityLifecycleCallbacks。
//ActivityRefWatcher 中的程式碼
public void watchActivities() {
// Make sure you don't get installed twice.
stopWatchingActivities();
application.registerActivityLifecycleCallbacks(lifecycleCallbacks);
}
public void stopWatchingActivities() {
application.unregisterActivityLifecycleCallbacks(lifecycleCallbacks);
}- 當Activity的onDestroy被呼叫時，生成一個uuid，標記這個Activity的WeakReference。
- 建立一個弱引用，並與一個跟蹤所有activit回收的ReferenceQueue相關聯。(放入一個map中，key : uuid, value：weakReference)
private final Application.ActivityLifecycleCallbacks lifecycleCallbacks =
new ActivityLifecycleCallbacksAdapter() {
@Override public void onActivityDestroyed(Activity activity) {
refWatcher.watch(activity);
}
};具體的watch執行如下：
public void watch(Object watchedReference, String referenceName) {
if (this == DISABLED) {
return;
}
checkNotNull(watchedReference, "watchedReference");
checkNotNull(referenceName, "referenceName");
final long watchStartNanoTime = System.nanoTime();
String key = UUID.randomUUID().toString();
retainedKeys.add(key);
final KeyedWeakReference reference =
new KeyedWeakReference(watchedReference, key, referenceName, queue);
ensureGoneAsync(watchStartNanoTime, reference);
}ensureGoneAsync執行如下：
// watchExecutor 在一定時間後檢查被註冊的WeakReference有沒有被新增到ReferenceQueue中
private void ensureGoneAsync(final long watchStartNanoTime, final KeyedWeakReference reference) {
watchExecutor.execute(new Retryable() {
@Override public Retryable.Result run() {
return ensureGone(reference, watchStartNanoTime);
}
});
}- 在onDestry被呼叫後若干秒執行如下操作：到ReferenceQueue中去取這個Activity，如果能夠取到說明這個Activity被正常回收了。如果無法回收，觸發GC，再去RerenceQueue中取如果還是無法取到，說明Activity沒有被系統回收，可能存在記憶體洩漏。
真正核心的程式碼如下：
long gcStartNanoTime = System.nanoTime();
long watchDurationMs = NANOSECONDS.toMillis(gcStartNanoTime - watchStartNanoTime);
// 如果ReferenceQue中有activity的弱引用，則將retainedKeys中的uuid移除
removeWeaklyReachableReferences();
if (debuggerControl.isDebuggerAttached()) {
// The debugger can create false leaks.
return RETRY;
}
// 如果activity對應的uuid已經被移除，說明activity已經被回收，無記憶體洩漏
if (gone(reference)) {
return DONE;
}
// 觸發gc，進行垃圾回收
gcTrigger.runGc();
removeWeaklyReachableReferences();
// 如果uuid還沒有被移除，說明activiy存在記憶體洩漏，需要dump記憶體，進行分析
if (!gone(reference)) {
long startDumpHeap = System.nanoTime();
long gcDurationMs = NANOSECONDS.toMillis(startDumpHeap - gcStartNanoTime);
File heapDumpFile = heapDumper.dumpHeap();
if (heapDumpFile == RETRY_LATER) {
// Could not dump the heap.
return RETRY;
}
long heapDumpDurationMs = NANOSECONDS.toMillis(System.nanoTime() - startDumpHeap);
HeapDump heapDump = heapDumpBuilder.heapDumpFile(heapDumpFile).referenceKey(reference.key)
.referenceName(reference.name)
.watchDurationMs(watchDurationMs)
.gcDurationMs(gcDurationMs)
.heapDumpDurationMs(heapDumpDurationMs)
.build();
heapdumpListener.analyze(heapDump);
}
return DONE;
}HeapDump dump記憶體和分析的過程這裡就不細說