本文簡要總結(jié)java中的Reference類型。

最近在研讀jdk并發(fā)框架，其中AQS是重點(diǎn)，由于我打破砂鍋問到底的輕微強(qiáng)迫癥，google了AQS作者Doug Lea的論文原文[The java.util.concurrent Synchronizer Framework]，有興趣的同學(xué)可以自行下載。其中談到設(shè)計(jì)同步框架的核心是選擇一個(gè)嚴(yán)格意義上的FIFO隊(duì)列，作為阻塞線程隊(duì)列并對(duì)其進(jìn)行維護(hù)。

對(duì)此主要由兩種選擇，一個(gè)是MCS鎖，另一個(gè)時(shí)CLH鎖。因?yàn)镃LH鎖比MCS對(duì)取消和超時(shí)的處理更方便，所以AQS就選擇將CLH鎖作為基礎(chǔ)對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。于是我又打算先弄懂什么是CLH鎖，在網(wǎng)上搜索了一圈之后找到很多人對(duì)CLH鎖進(jìn)行了java實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)中用到了ThreadLocal類型，于是我發(fā)現(xiàn)我好像對(duì)ThreadLocal也不太熟，于是去看openjdk的源碼，又發(fā)現(xiàn)ThreadLocal的內(nèi)部類ThreadLocalMap中的Entry是繼承自WeakReference，好了，既然這幾個(gè)我好像都沒弄得很明白過，所以我決定先了解一下Reference。

在我們平時(shí)開發(fā)過程中很少會(huì)遇到需要與各種不同類型的reference打交道的時(shí)候，所以很多時(shí)候我們在自己寫的代碼中很少會(huì)碰到需要使用不同的reference類型，可能很多人也會(huì)向我這樣，想要深入學(xué)習(xí)一下jdk源碼或者其他某些框架的源碼的時(shí)候才會(huì)看到諸如WeakReference這樣的類型。

問題

假設(shè)在一個(gè)應(yīng)用中，需要從一個(gè)名為test的數(shù)據(jù)庫表中獲取數(shù)據(jù)。但凡有點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)的開發(fā)人員都會(huì)避免應(yīng)用獲取相同的數(shù)據(jù)每次都去查詢數(shù)據(jù)庫，因?yàn)镮/O操作過去頻繁勢必會(huì)降低應(yīng)用性能。

顯然，我們首先想到的就是使用緩存。應(yīng)用首先查詢緩存，如果需要的數(shù)據(jù)存在直接拿來用就好；如果緩存未命中，才去數(shù)據(jù)庫查詢，并且把查詢到的數(shù)據(jù)放入緩存，以便下次應(yīng)用發(fā)起相同請(qǐng)求時(shí)可以直接從緩存獲取數(shù)據(jù)而不用再次去數(shù)據(jù)庫查詢。

使用緩存會(huì)提高性能嗎？

答案是這需要根據(jù)具體情況分析，如果從test獲取需要緩存的數(shù)據(jù)量較少，使用緩存會(huì)非常合適且一定會(huì)提升性能。但假若需要從test表查詢放到緩存里的數(shù)據(jù)量非常大，那就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)問題：由于數(shù)據(jù)量過大可能會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存不足，而不單單是提升性能了。假如說把表中所有數(shù)據(jù)都放入緩存，那么緩存的可能會(huì)占據(jù)大部分jvm的內(nèi)存或者索性直接產(chǎn)生一個(gè)OOM錯(cuò)誤。

解決方案

最佳的方案是如果我們可以創(chuàng)造一種可以按需擴(kuò)展和收縮的動(dòng)態(tài)緩存，當(dāng)我們的數(shù)據(jù)量需要而內(nèi)存充裕的時(shí)候可以適當(dāng)增加，但內(nèi)存不足是可以按不同方案對(duì)其進(jìn)行回收。

目的

這里引出的一個(gè)問題，就是為什么要在Java中使用不同類型的reference？我們的應(yīng)用在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生很多對(duì)象，這些對(duì)象駐留在內(nèi)存中，它們大小不同，重要性不同，使用頻率不同，生命周期不同，比如有些對(duì)象只要應(yīng)用啟動(dòng)就一直存活直到應(yīng)用停止，而有些對(duì)象生命周期與創(chuàng)建它的線程相同，還有些對(duì)象只作臨時(shí)變量短時(shí)間就消亡，再比如某些緩存數(shù)據(jù)，內(nèi)存充裕的時(shí)候可以存活，內(nèi)存不足的時(shí)候可能需要被首先犧牲被回收，所以很容易想象對(duì)于不同的對(duì)象，我們希望對(duì)他們的創(chuàng)建銷毀采取不同的策略，可是不幸的是java不像C一樣可以由開發(fā)者決定對(duì)象的析構(gòu)銷毀，而是將管理內(nèi)存的活統(tǒng)一交給了jvm進(jìn)行g(shù)c，但jvm顯然不知道這些對(duì)象的區(qū)別。

于是設(shè)計(jì)者們在java 1.2加入了reference，使jvm可以對(duì)不同的reference對(duì)象采取不同的回收策略以達(dá)到提高應(yīng)用性能的目的。

java.lang.ref 包

實(shí)際上java.lang.ref包中就有以下幾種不同的reference類型，分別是：

StrongReference

SoftReference

WeakReference

PhantomReference

FinalReference

StrongReference

我們發(fā)現(xiàn)在類圖中我們并沒有發(fā)現(xiàn) StrongReference 類型，原因是我們平時(shí)寫的代碼基本上都是 StrongReference 。我們最常的創(chuàng)建對(duì)象方式就是 new 一個(gè)對(duì)象，然后將其賦值給一個(gè)聲明為這個(gè)對(duì)象的類型及其父類的引用。如果對(duì)象有一個(gè) StrongReference ，那么這個(gè)對(duì)象將不會(huì)被gc回收。

舉例

HelloWorld hello = new HelloWorld();

這里 hello 就是一個(gè) HelloWorld 對(duì)象的 StrongReference。

SoftReference

如果一個(gè)對(duì)象沒有 StrongReference 但存在一個(gè) SoftReference ，那么 gc 將會(huì)在虛擬機(jī)需要釋放一些內(nèi)存的時(shí)候回收這個(gè)對(duì)象?？梢酝ㄟ^對(duì)對(duì)象的 SoftReference 調(diào)用 get() 方法獲取該對(duì)象。如果這個(gè)對(duì)象沒有被 gc 回收，則返回此對(duì)象，否則返回 null 。

WeakReference

如果一個(gè)對(duì)象沒有 StrongReference 但有存在一個(gè) WeakReference ，那么 gc 將會(huì)在下一次運(yùn)行時(shí)對(duì)其進(jìn)行回收，哪怕虛擬機(jī)的內(nèi)存還足夠多。

PhantomReference 與 FinalReference

如果某個(gè)對(duì)象沒有以上這些類型的引用，那么它可能有一個(gè) PhantomReference 。PhantomReference 不能用于直接訪問對(duì)象。調(diào)用 get() 方法都會(huì)返回 null 。

FinalReference 與虛擬機(jī)密切相關(guān)，這里先挖個(gè)坑，下次再具體解析。

對(duì)象可達(dá)性判斷

當(dāng)前主流java虛擬機(jī)都是采用 GC Roots Tracing 算法，比如 Sun 的 Hotspot 虛擬機(jī)便是采用該算法。java虛擬機(jī)進(jìn)行g(shù)c時(shí)，判斷一個(gè)對(duì)象的被引用情況決定是否回收，都是從根節(jié)點(diǎn)引用（Root set of Reference）開始標(biāo)識(shí)可達(dá)路徑的。對(duì)于某個(gè)對(duì)象可能會(huì)存在其多個(gè)引用，且這多個(gè)引用的類型不同。

如下圖所示：

Root Tracing 算法根據(jù)以下兩個(gè)原則標(biāo)記對(duì)象的可達(dá)性：

單一路徑中，以最弱的引用為準(zhǔn)

多路徑中，以最強(qiáng)的引用為準(zhǔn)

如上圖所示，對(duì)對(duì)象4存在3條引用路徑：(1)(4),(2)(5),(3)(6)。那么從根對(duì)象到對(duì)象4的最強(qiáng)引用時(shí)(2)(5)，因?yàn)?2)和(5)都是強(qiáng)引用。如果對(duì)象4僅存在一條(1)(4)引用，那么對(duì)它的引用就是最弱的引用為準(zhǔn)，也就是 SoftReference ，對(duì)象4就是 softly-reachable 對(duì)象。

不同類型 reference java 代碼舉例

package com.example.reference;
import java.lang.ref.PhantomReference;
import java.lang.ref.ReferenceQueue;
import java.lang.ref.SoftReference;
import java.lang.ref.WeakReference;
public class ReferenceExample {
  private String status ="Hi I am active";
  public String getStatus() {
    return status;
  }
  public void setStatus(String status) {
    this.status = status;
  }
  @Override
  public String toString() {
    return "ReferenceExample [status=" + status + "]";
  }
  public void strongReference()
  {
    ReferenceExample ex = new ReferenceExample();
    System.out.println(ex);
  }
  public void softReference()
  {
    SoftReference<ReferenceExample> ex = new SoftReference<ReferenceExample>(getRefrence());
    System.out.println("Soft refrence :: " + ex.get());
  }
  public void weakReference()
  {
    int counter=0;
    WeakReference<ReferenceExample> ex = new WeakReference<ReferenceExample>(getRefrence());
    while(ex.get()!=null)
    {
      counter++;
      System.gc();
      System.out.println("Weak reference deleted after:: " + counter + ex.get());
    }
  }
  public void phantomReference() throws InterruptedException
  {
    final ReferenceQueue queue = new ReferenceQueue();
    PhantomReference<ReferenceExample> ex = new PhantomReference<ReferenceExample>(getRefrence(),queue);
    System.gc();
    queue.remove();
    System.out.println("Phantom reference deleted after");
  }
  private ReferenceExample getRefrence()
  {
    return new ReferenceExample();
  }
  public static void main(String[] args) {
    ReferenceExample ex = new ReferenceExample();
    ex.strongReference();
    ex.softReference();
    ex.weakReference();
    try {
      ex.phantomReference();
    } catch (InterruptedException e) {
      // TODO Auto-generated catch block
      e.printStackTrace();
    }
  }
}
Output :
ReferenceExample [status=Hi I am active]
Soft refrence :: ReferenceExample [status=Hi I am active]
Weak reference deleted after:: 1null
Phantom reference deleted after

總結(jié)

通過對(duì)以上各類型的 reference 介紹可以發(fā)現(xiàn)其實(shí) reference 主要是用來與虛擬機(jī) gc 進(jìn)行交互，使得虛擬機(jī)根據(jù)對(duì)象的不同引用類型，對(duì)其采用不同的內(nèi)存回收策略。

strong 引用的對(duì)象正常情況下不會(huì)被回收，soft 引用的對(duì)象會(huì)在出現(xiàn) OOM 錯(cuò)誤之前被回收，而 weak 引用的對(duì)象在下一次 gc 的時(shí)候就會(huì)被回收，對(duì) reference 的基本理解就差不多了。

至于 PhantomReference 與 FinalReference 下次再講。

以上這篇java中的Reference類型用法說明就是小編分享給大家的全部內(nèi)容了，希望能給大家一個(gè)參考，也希望大家多多支持腳本之家。

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