Java Reference源碼解析

更新時間：2017年03月21日 14:28:15 作者：Java開發(fā)-擱淺

這篇文章主要為大家詳細解析了Java Reference源碼，具有一定的參考價值，感興趣的小伙伴們可以參考一下

Reference對象封裝了其它對象的引用，可以和普通的對象一樣操作，在一定的限制條件下，支持和垃圾收集器的交互。即可以使用Reference對象來引用其它對象，但是最后還是會被垃圾收集器回收。程序有時候也需要在對象回收后被通知，以告知對象的可達性發(fā)生變更。

Java提供了四種不同類型的引用，引用級別從高到低分別為FinalReference,SoftReference,WeakReference,PhantomReference。其中FinalReference不對外提供使用。每種類型對應(yīng)著不同級別的可達性。

簡介

強引用FinalReference

強引用指的是，程序中有直接可達的引用，而不需要通過任何引用對象，如Object obj = new Object();中，obj為強引用。

軟引用SoftReference

軟引用，非強引用，但是可以通過軟引用對象來訪問。軟引用的對象，只有在內(nèi)存不足的時候（拋出OOM異常前），垃圾收集器會決定回收該軟引用所指向的對象。軟引用通常用于實現(xiàn)內(nèi)存敏感的緩存。

SoftReference<Object> softRef = new SoftReference<Object>(new Object());

弱引用WeakReference

弱引用，非強引用和軟引用，但是可以通過弱引用對象來訪問。弱引用的對象，不管內(nèi)存是否足夠，只要被垃圾收集器發(fā)現(xiàn)，該引用的對象就會被回收。實際的應(yīng)用見WeakHashMap等。

WeakReference<Object> weakRef = new WeakReference<Object>(new Object());

虛引用PhantomReference

虛引用，該引用必須和引用隊列(ReferenceQueue)一起使用，一般用于實現(xiàn)追蹤垃圾收集器的回收動作，比如在對象被回收的時候，會調(diào)用該對象的finalize方法，在使用虛引用可以實現(xiàn)該動作，也更加安全。

Object obj = new Object();
ReferenceQueue<Object> refQueue = new ReferenceQueue<>();
PhantomReference<Object> phantom = new PhantomReference<Object>(obj, refQueue);
ReferenceQueue

該隊列作為引用中的一員，可以和上述三種引用類型組合使用，該隊列的作用是：創(chuàng)建Reference時，將Queue注冊到Reference中，當該Reference所引用的對象被垃圾收集器回收時，會將該Reference放到該隊列中，相當于一種通知機制。
示例 Demo1：

ReferenceQueue queue = new ReferenceQueue();

WeakReference reference = new WeakReference(new Object(), queue);
System.out.println(reference);
System.gc();

Reference reference1 = queue.remove();
System.out.println(reference1);

源碼分析

Reference和ReferenceQueue

Reference內(nèi)部有幾個比較重要的屬性

// 用于保存對象的引用，GC會根據(jù)不同Reference來特別對待
private T referent;
// 如果需要通知機制，則保存的對對應(yīng)的隊列
ReferenceQueue<? super T> queue;
/* 這個用于實現(xiàn)一個單向循環(huán)鏈表，用以將保存需要由ReferenceHandler處理的引用 */
Reference next;

static private class Lock { };
// 鎖，用于同步pending隊列的進隊和出隊
private static Lock lock = new Lock();
// 此屬性保存一個PENDING的隊列，配合上述next一起使用
private static Reference pending = null;

狀態(tài)圖

內(nèi)部類ReferenceHandler

ReferenceHandler作為Reference的靜態(tài)內(nèi)部類，用于實現(xiàn)將pending隊列里面的Reference實例依次添加到不同的ReferenceQueue中（取決于Reference里面的queue）。該pending的元素由GC負責加入。
注：這里對pending隊列進行加鎖，個人認為是因為GC線程可能和ReferenceHandler所在的線程并發(fā)執(zhí)行，如GC采用CMS并發(fā)收集的時候。

如下代碼所示

// 此線程在靜態(tài)塊中啟動，即一旦使用了Reference，則會啟動該線程
private static class ReferenceHandler extends Thread {
  public void run() {
    for (;;) {

      Reference r;
      synchronized (lock) {
        if (pending != null) {
          r = pending;
          Reference rn = r.next;
          // 從pending中取下一個元素，如果后繼為空，則next指向自身   pending = (rn == r) ? null : rn;
          r.next = r;
        } else {
          try {
            // 沒有則等待，后續(xù)加入元素會調(diào)用lock.notify喚醒
            lock.wait();
          } catch (InterruptedException x) { }
          continue;
        }
      }
      // ...
      ReferenceQueue q = r.queue;
      // 如果該Reference注冊了對應(yīng)的Queue，則加入到該Queue中
      if (q != ReferenceQueue.NULL) q.enqueue(r);
    }
  }
}

ReferenceQueue屬性

// 用于標識沒有注冊Queue
static ReferenceQueue NULL = new Null();
// 用于標識已經(jīng)處于對應(yīng)的Queue中
static ReferenceQueue ENQUEUED = new Null();

static private class Lock { };
/* 互斥鎖，用于同步ReferenceHandler的enqueue和用戶線程操作的remove和poll出隊操作 */
private Lock lock = new Lock();
// 隊列
private volatile Reference<? extends T> head = null;
// 隊列中的元素個數(shù)
private long queueLength = 0;

ReferenceQueue.enqueue

只會通過Reference里要調(diào)用該方法，用于將Reference放入到當前隊列中

boolean enqueue(Reference<? extends T> r) {
  synchronized (r) {
    // 判斷是否已經(jīng)入隊了
    if (r.queue == ENQUEUED) return false;
    synchronized (lock) {
      r.queue = ENQUEUED;
      // 單向循環(huán)
      r.next = (head == null) ? r : head;
      head = r;
      queueLength++;
      if (r instanceof FinalReference) {
        sun.misc.VM.addFinalRefCount(1);
      }
      // 通知當前掛起的線程（調(diào)用remove時有可能會掛起）
      lock.notifyAll();
      return true;
    }
  }
}

ReferenceQueue.remove

public Reference<? extends T> remove(long timeout)
  throws IllegalArgumentException, InterruptedException
{
  if (timeout < 0) {
    throw new IllegalArgumentException("Negative timeout value");
  }
  synchronized (lock) {
    // 從隊列中取出一個元素
    Reference<? extends T> r = reallyPoll();
    // 如果不為空，則直接返回
    if (r != null) return r;
    for (;;) {
      // 否則等待，由enqueue時notify喚醒
      lock.wait(timeout);
      r = reallyPoll();
      if (r != null) return r;
      if (timeout != 0) return null;
    }
  }
}

具體執(zhí)行流程

以上述示例Demo1作為分析

// 創(chuàng)建一個引用隊列
ReferenceQueue queue = new ReferenceQueue();

// 創(chuàng)建虛引用，此時狀態(tài)為Active，并且Reference.pending為空，當前Reference.queue = 上面創(chuàng)建的queue，并且next=null
WeakReference reference = new WeakReference(new Object(), queue);
System.out.println(reference);
// 當GC執(zhí)行后，由于是虛引用，所以回收該object對象，并且置于pending上，此時reference的狀態(tài)為PENDING
System.gc();

/* ReferenceHandler從pending中取下該元素，并且將該元素放入到queue中，此時Reference狀態(tài)為ENQUEUED，Reference.queue = ReferenceENQUEUED */

/* 當從queue里面取出該元素，則變?yōu)镮NACTIVE，Reference.queue = Reference.NULL */
Reference reference1 = queue.remove();
System.out.println(reference1);

應(yīng)用 - WeakHashMap

WeakHashMap在使用上和HashMap類型，都是Hash + 鏈表解決沖突，唯一不同點在于前者的Key是使用虛引用來實現(xiàn)的，即當進行垃圾回收的時候，就是被回收掉，此時WeakHashMap會在下次操作的時候，根據(jù)被回收掉的Key，從Map里面移除掉。

Entry

當創(chuàng)建Entry的時候，會注冊進當前Map屬性的queue，當key被回收后，則該Entry會被放入到queue中，每當操作Map的時候，才會將原有的Value清除掉。（由expungeStaleEntries方法來進行，并且沒有啟動一個單獨的線程來處理，沒有必要，這樣子簡化了邏輯以及避免鎖的開銷）

// 外部WeakHashMap屬性
private final ReferenceQueue<Object> queue = new ReferenceQueue<>();

/* 這里采用了集成WeakReference而不是直接使用，是因為當被回收的時候，具體的Key是不知道的，這里需要往WeakReference額外加入一些屬性，以便在被回收后通知時，能夠定位到具體的Key/value */
private static class Entry<K,V> extends WeakReference<Object> implements Map.Entry<K,V> {
  // 這里屬性不能加入key，否則會導致存在強引用而不能被視為WeakReference回收掉
  V value;
  int hash;
  Entry<K,V> next;
  
  Entry(Object key, V value,
     ReferenceQueue<Object> queue,
     int hash, Entry<K,V> next) {
    super(key, queue);
    this.value = value;
    this.hash = hash;
    this.next = next;
  }
  // ...
}

以上就是本文的全部內(nèi)容，希望對大家的學習有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。

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