什么是弱引用

• 弱引用實(shí)例：java.lang.ref.WeakReference類(lèi)或者其子類(lèi)的一個(gè)實(shí)例，就是一個(gè)弱引用實(shí)例。
• 弱引用：如果一個(gè)弱引用實(shí)例的成員變量referent引用了一個(gè)對(duì)象obj，那么就稱(chēng)這個(gè)弱引用實(shí)例對(duì)obj的引用是弱引用。
• 弱引用對(duì)象：被一個(gè)弱引用實(shí)例引用的對(duì)象，稱(chēng)為弱引用對(duì)象。

public class WeakReference<T> extends Reference<T> {
    /**
     * 構(gòu)造一個(gè)弱引用實(shí)例，此弱引用實(shí)例會(huì)引用給定的參數(shù)對(duì)象
     */
    public WeakReference(T referent) {
        super(referent);
    }
    /**
     * 構(gòu)造一個(gè)引用了給定對(duì)象referent的弱引用實(shí)例，同時(shí)將referent對(duì)象注冊(cè)到一個(gè)引用隊(duì)列
     */
    public WeakReference(T referent, ReferenceQueue<? super T> q) {
        super(referent, q);
    }
}

示例

在實(shí)際業(yè)務(wù)場(chǎng)景中，我們通常會(huì)定義一個(gè)WeakReference的子類(lèi)來(lái)解決我們的需求。 例如：

class Apple{
	String color;
	void Apple(String color){
		this.color = color;
	}
	String getColor(){
		return color;
	}
	void setColor(String color){
		this.color = color;
	}
	public String toString(){
		return new StringBuilder("Apple[color=").append(this.color).append("]").toString();
	}
	// 當(dāng)對(duì)象被GC回收時(shí)，會(huì)回調(diào)finalize()方法
	protected void finalize() throws Throwable{
		System.out.println(this);
	}
}

如下所定義的Salad類(lèi)，其實(shí)例是一個(gè)弱引用實(shí)例，其實(shí)例會(huì)持有一個(gè)Apple類(lèi)對(duì)象的弱引用。

當(dāng)一個(gè)Apple實(shí)例對(duì)象只被salad類(lèi)實(shí)例（或者其它弱引用實(shí)例）引用時(shí)，它就會(huì)被GC回收。

class Salad extends WeakReference<Apple>{
	Apple apple;
	void Salad(Apple apple){
		super(apple);
	}
}

弱引用 WeakReference 相關(guān)的GC回收規(guī)則

當(dāng)一個(gè)對(duì)象只被弱引用實(shí)例引用（持有）時(shí)，這個(gè)對(duì)象就會(huì)被GC回收。

WeakReference類(lèi)的javadoc：

一個(gè)弱引用實(shí)例，不會(huì)對(duì)它(的成員變量referent)所引用的對(duì)象的finalizable（是否可銷(xiāo)毀）、finalized（銷(xiāo)毀）和 reclaimed（GC回收）產(chǎn)生任何影響。

如果GC在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)確定某對(duì)象是弱可達(dá)的（只被某個(gè)或某些弱引用對(duì)象引用），那么它就會(huì)清除對(duì)該弱可達(dá)對(duì)象的所有弱引用（將引用了弱可達(dá)對(duì)象的弱引用實(shí)例的referent置為null：referent=null），同時(shí)還會(huì)找出從"GC Roots"到該對(duì)象的強(qiáng)引用鏈和軟引用鏈上的所有弱可達(dá)對(duì)象，然后也會(huì)清除對(duì)這些弱可達(dá)對(duì)象的所有弱引用。

同時(shí)，GC會(huì)將以上弱可達(dá)對(duì)象標(biāo)記為可銷(xiāo)毀的(finalizable)。然后會(huì)立刻或者在稍后的某個(gè)時(shí)間點(diǎn)，將以上那些清除了的弱引用實(shí)例對(duì)象入隊(duì)到它們?cè)趧?chuàng)建時(shí)就注冊(cè)到的queue中去。（參考Reference）

弱引用通常用于實(shí)現(xiàn)規(guī)范化映射（WeakHashMap、WeakCache）。

注意

• 上述規(guī)則中，會(huì)被GC標(biāo)記為finalizable的的是弱引用實(shí)例引用的對(duì)象，而非弱引用實(shí)例本身
• 如果顯式地聲明了一個(gè)變量E e，并使之指向一個(gè)對(duì)象：e = new E()，這時(shí)變量e就是這個(gè)新創(chuàng)建的對(duì)象的一個(gè)強(qiáng)引用。如果變量e所引用的這個(gè)對(duì)象同時(shí)又被WeakReference的一個(gè)實(shí)例持有，則由于存在對(duì)對(duì)象的一個(gè)強(qiáng)引用e，對(duì)象并不符合上述回收規(guī)則，因此對(duì)象至少在變量e的作用域范圍內(nèi)都不會(huì)被回收。

示例：

public class Test{
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException{
		// saladWithRedApple 引用的Apple對(duì)象符合弱引用回收規(guī)則
		Salad saladWithRedApple = new Salad(new Apple("red "));  
		Apple green = new Apple("green");
		// saladWithGreenApple 引用的Apple對(duì)象不符合弱引用回收規(guī)則，因?yàn)樗瑫r(shí)被green這個(gè)強(qiáng)引用所引用
		Salad saladWithGreenApple = new Salad(green); 
		System.gc();
		try{
			Thread.sleep(5000);
		}catch(InterruptedException e){
			e.printStackTrace();
		}
		out.println(saladWithRedApple.get()==null);  // true
		out.println(saladWithGreenApple.get()==null);  // false
	}
}

Reference

此類(lèi)是所有Reference類(lèi)的實(shí)例對(duì)象（所有Reference的實(shí)現(xiàn)類(lèi)的實(shí)例對(duì)象）的抽象基類(lèi)，此類(lèi)中定義了所有Reference類(lèi)的實(shí)例對(duì)象的通用操作。由于引用類(lèi)對(duì)象同垃圾回收兩者之間有密切的關(guān)系（對(duì)象的回收本身就與對(duì)象的引用關(guān)系密切，例如初代垃圾收集器就是判斷對(duì)象是否還被變量引用來(lái)確定對(duì)象是否可以被會(huì)回收的），因此子類(lèi)可能不會(huì)直接實(shí)現(xiàn)Reference類(lèi)（而是實(shí)現(xiàn)WeakReference等類(lèi)，以避免出現(xiàn)垃圾對(duì)象不被及時(shí)回收的情況。

注：如果用戶直接實(shí)現(xiàn)Reference類(lèi)，就相當(dāng)于一個(gè)定義一個(gè)強(qiáng)引用類(lèi)，因?yàn)镚C對(duì)于用戶自定義的類(lèi)并沒(méi)有做任何特殊處理。但GC對(duì)于JDK中定義的 SoftReference 和 WeakReference 等，都做了特殊處理，因此就有了不要直接實(shí)現(xiàn)Reference類(lèi)的建議）。

在Reference類(lèi)中定義了以下幾個(gè)實(shí)例變量：

private T referent;         /* 會(huì)被GC進(jìn)行特殊處理 */  /* 此引用實(shí)際指向的對(duì)象 */
    volatile ReferenceQueue<? super T> queue;      /* 當(dāng)前實(shí)例創(chuàng)建時(shí)如果對(duì)此queue賦值，則稱(chēng)當(dāng)前實(shí)例注冊(cè)到了此queue */
    Reference next;   /* 用于確定當(dāng)前實(shí)例是否處于active狀態(tài)。active:null, pending:this, enqueued:next element in queue, inactive:this */
    transient private Reference<T> discovered;     /* used by VM */

Reference對(duì)實(shí)例對(duì)象定義了4種內(nèi)部狀態(tài)（沒(méi)有顯式地用枚舉類(lèi)聲明出來(lái)）：

1. 活動(dòng)的（active）:剛創(chuàng)建的Reference實(shí)例處于活動(dòng)狀態(tài)。垃圾收集器會(huì)對(duì)active狀態(tài)的引用所指向的實(shí)際對(duì)象referent做特殊處理：當(dāng)垃圾收集器監(jiān)測(cè)到active狀態(tài)的實(shí)例的referent的可達(dá)性變成了某個(gè)特定狀態(tài)時(shí)，會(huì)將當(dāng)前Reference實(shí)例的狀態(tài)由active更改為pending或者inactive。具體取決于實(shí)例創(chuàng)建時(shí)，是否注冊(cè)到了一個(gè)ReferenceQueue隊(duì)列（即r的queue是否為null），如果實(shí)例創(chuàng)建時(shí)注冊(cè)了queue（注意注冊(cè)到queue與添加到queue不是一個(gè)概念，這里的注冊(cè)到了queue，實(shí)際是指r持有了一個(gè)ReferenceQueue實(shí)例的引用），則實(shí)例狀態(tài)改為pending，并會(huì)被添加到掛起隊(duì)列（pendinglist，掛起隊(duì)列同queue不是一個(gè)隊(duì)列）；否則實(shí)例狀態(tài)被改為inactive。
2. 掛起（pending）：當(dāng)實(shí)例被添加到掛起隊(duì)列pending-list中后，狀態(tài)就會(huì)被改為pending，即掛起隊(duì)列中的所有元素的狀態(tài)都是Pending。掛起隊(duì)列中的元素都在等待線程類(lèi)將實(shí)例入隊(duì)(添加到元素自身持有的queue中去)。創(chuàng)建時(shí)沒(méi)有注冊(cè)到queue的Reference實(shí)例永遠(yuǎn)也不會(huì)變成此狀態(tài)。
3. enqueued：當(dāng)實(shí)例被添加到其自身持有的queue（即其創(chuàng)建時(shí)注冊(cè)的queue）后，狀態(tài)被更改為enqueued。當(dāng)實(shí)例被從此隊(duì)列中移除后，狀態(tài)就變?yōu)閕nactive
4. 不活躍（inactive）：當(dāng)實(shí)例被更改成此狀態(tài)后，其狀態(tài)就不會(huì)再改變了。

實(shí)例在各個(gè)狀態(tài)下時(shí)，其所持有的ReferenceQueue實(shí)例-queue變量和持有的Reference實(shí)例-next變量的值如下：

• active狀態(tài)時(shí)：queue = 實(shí)例被創(chuàng)建時(shí)如果注冊(cè)了queue，則此queue就不會(huì)空。否則queue=ReferenceQueue.NULL； next = null.
• pending狀態(tài)時(shí)：queue=創(chuàng)建時(shí)注冊(cè)到的queue，next=this。
• enqueued狀態(tài)時(shí)：queue=ReferenceQueue.ENQUEUED（其實(shí)也是null）；next=原來(lái)的隊(duì)頭（頭插法），如果原來(lái)的隊(duì)列為空，則next=this。
• inactive狀態(tài)時(shí)：queue=ReferenceQueue.NULL，next=this。

在如上這種模式下，垃圾收集器僅需要通過(guò)檢查next字段就能確定實(shí)例是否需要特別的處理：如果next==null，那么實(shí)例處于active狀態(tài)，如果next!=null，這垃圾收集器只需對(duì)實(shí)例進(jìn)行常規(guī)處理。 為了確保垃圾收集器能在不干擾對(duì)reference實(shí)例對(duì)象進(jìn)行enqueue()的應(yīng)用線程的正常運(yùn)行的情況下，能發(fā)現(xiàn)處于active狀態(tài)的實(shí)例，垃圾收集器應(yīng)該通過(guò)discovered字段鏈接這些處于active狀態(tài)的實(shí)例。 discovered字段也用于鏈接掛起列表中的Reference實(shí)例對(duì)象。

ReferenceQueue

Reference類(lèi)中定義了一個(gè)此類(lèi)的對(duì)象：

volatile ReferenceQueue<? super T> queue; 

當(dāng)某Reference類(lèi)實(shí)例（或其子類(lèi)的實(shí)例）可能將不會(huì)再被使用，需要被垃圾收集器監(jiān)測(cè)以回收時(shí)，應(yīng)將對(duì)象追加到此queue中。

垃圾收集器會(huì)不斷監(jiān)測(cè)此queue中的實(shí)例的狀態(tài)，當(dāng)監(jiān)測(cè)到實(shí)例變更為某種狀態(tài)時(shí)，會(huì)對(duì)對(duì)象進(jìn)行垃圾回收。

當(dāng)前對(duì)象r入隊(duì)后即queue.enqueue()，就會(huì)將自己的queue變量置空，即r.queue=null，以便垃圾收集器回收。

Lock

static private class Lock { }
private static Lock lock = new Lock();

定義了Lock類(lèi)并創(chuàng)建了一個(gè)此類(lèi)的實(shí)例，用于作為同步垃圾收集線程的對(duì)象。

垃圾收集線程在每個(gè)收集周期開(kāi)始時(shí)必須先獲得此鎖，因此獲得此鎖的其它代碼應(yīng)盡快完成：盡量不要?jiǎng)?chuàng)建新的對(duì)象、盡量避免調(diào)用用戶代碼。

pending

pending是一個(gè)全局變量，每個(gè)JVM中只有一份。

private static Reference<Object> pending=null; // 是一個(gè)鏈表的頭結(jié)點(diǎn) 

pending指向一個(gè)鏈表的頭結(jié)點(diǎn)，當(dāng)某個(gè)處于特殊狀態(tài)的Reference實(shí)例需要插入此鏈表中時(shí)，會(huì)采用頭插法的方式，將自己設(shè)置為pending，成為新的頭結(jié)點(diǎn)。

pending所指向的鏈表中的所有 Reference 實(shí)例都是處于掛起狀態(tài)、等待入隊(duì)的 Reference 實(shí)例。

當(dāng)active狀態(tài)的引用實(shí)例的referent的可達(dá)性處于某個(gè)特定狀態(tài)時(shí)，垃圾收集線程會(huì)將此Reference實(shí)例添加到這個(gè)pending鏈表，并等待引用處理線程將元素從pending鏈表中移除，然后enqueue()到元素注冊(cè)的queue中去。

這個(gè)鏈表被lock對(duì)象保護(hù)。

這個(gè)鏈表用元素的discovered字段鏈接每個(gè)元素（相當(dāng)于鏈表節(jié)點(diǎn)中的next字段）。

ReferenceHandler

此線程用于將pending所指向的鏈表中的所有處于pending狀態(tài)的Reference實(shí)例，入隊(duì)到它們各自持有的queue中去。

此線程會(huì)調(diào)用boolean tryHandlePending(boolean waitFor)方法來(lái)處理pending狀態(tài)的引用對(duì)象。

此線程的優(yōu)先級(jí)被設(shè)置為最高。

如果可能還有其它pending狀態(tài)的引用實(shí)例，tryHandlePending會(huì)返回true。

如果沒(méi)有其它pending狀態(tài)的實(shí)例，并且希望應(yīng)用程序可以做更多的有意義的工作而不是這個(gè)線程一直自旋，一直占用CPU，則會(huì)返回false。

tryHandlePending方法的waitForNotify參數(shù)的意義：如果參數(shù)值為true，則線程會(huì)一直wait直到VM notify了它、或者線程被interrupted。

如果參數(shù)值為false，則當(dāng)沒(méi)有pending狀態(tài)的引用時(shí)，線程就立即退出了。

如果處理了一個(gè)pending狀態(tài)的引用，則方法返回true。如果沒(méi)有要處理的對(duì)象，則一直wait，直到被notify或者被

private static class ReferenceHandler extends Thread {
...
		public void run() {
            while (true) {
                tryHandlePending(true);
            }
        }
        ...
}        

static boolean tryHandlePending(boolean waitForNotify) {
        Reference<Object> r;
        Cleaner c;
        try {
            synchronized (lock) {
                if (pending != null) {
                    r = pending;
                    // 'instanceof' might throw OutOfMemoryError sometimes
                    // so do this before un-linking 'r' from the 'pending' chain...
                    c = r instanceof Cleaner ? (Cleaner) r : null;
                    // unlink 'r' from 'pending' chain
                    pending = r.discovered;
                    r.discovered = null;
                } else {
                    // The waiting on the lock may cause an OutOfMemoryError
                    // because it may try to allocate exception objects.
                    if (waitForNotify) {
                        lock.wait();
                    }
                    // retry if waited
                    return waitForNotify;
                }
            }
        } catch (OutOfMemoryError x) {
            // Give other threads CPU time so they hopefully drop some live references
            // and GC reclaims some space.
            // Also prevent CPU intensive spinning in case 'r instanceof Cleaner' above
            // persistently throws OOME for some time...
            Thread.yield();
            // retry
            return true;
        } catch (InterruptedException x) {
            // retry
            return true;
        }
        // Fast path for cleaners
        if (c != null) {
            c.clean();
            return true;
        }
        ReferenceQueue<? super Object> q = r.queue;
        if (q != ReferenceQueue.NULL) q.enqueue(r);
        return true;
    }

Reference類(lèi)中的靜態(tài)代碼塊

Reference中定義了一些靜態(tài)代碼塊，主要是啟動(dòng)一個(gè)線程，將處于pending狀態(tài)的引用類(lèi)對(duì)象入隊(duì)，入隊(duì)后的Reference實(shí)例的狀態(tài)將變成Enqueued。

在Reference類(lèi)中，lock、pending、handler = new ReferenceHandler(…)、tryHandlePending(…)這些成員都是類(lèi)成員，因此，handler 線程是對(duì)全局的pending鏈表中的所有處于pending狀態(tài)的Re實(shí)例進(jìn)行處理。 queue、next、discovered則是實(shí)例變量。

static {
        ThreadGroup tg = Thread.currentThread().getThreadGroup();
        for (ThreadGroup tgn = tg;
             tgn != null;
             tg = tgn, tgn = tg.getParent());
        Thread handler = new ReferenceHandler(tg, "Reference Handler");
        /* If there were a special system-only priority greater than
         * MAX_PRIORITY, it would be used here
         */
        handler.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
        handler.setDaemon(true);
        handler.start();
        // provide access in SharedSecrets
        SharedSecrets.setJavaLangRefAccess(new JavaLangRefAccess() {
            @Override
            public boolean tryHandlePendingReference() {
                return tryHandlePending(false);
            }
        });
    }

WeakReference

弱引用對(duì)象，不會(huì)其引用的對(duì)象被JVM設(shè)置為可回收狀態(tài)，然后被回收。弱引用通常用于實(shí)現(xiàn)規(guī)范化映射。

如果垃圾收集器在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)確定某個(gè)對(duì)象的可達(dá)性是弱可達(dá)的（即這個(gè)對(duì)象可以通過(guò)一個(gè)弱引用鏈可達(dá)，即使同時(shí)也有其它強(qiáng)引用鏈或者軟引用鏈可達(dá)此對(duì)象），那么GC就會(huì)清除所有引用這個(gè)對(duì)象的弱引用，還會(huì)通過(guò)可以到達(dá)這個(gè)對(duì)象的強(qiáng)引用鏈和軟引用鏈找到鏈上其它對(duì)象上的所有弱引用、并清除所有這些弱引用。

同時(shí)，GC還會(huì)將所有之前被清除了弱引用的對(duì)象聲明為finalizable的。并且可能同時(shí)或者接著就會(huì)將那些弱引用實(shí)例本身添加到它們注冊(cè)到的ReferenceQueue隊(duì)列中去。

ReferenceQueue 類(lèi)什么用？

在Reference類(lèi)中，定義了一個(gè)ReferenceQueue類(lèi)型的成員變量，變量名為queue。 并定義了相應(yīng)的構(gòu)造函數(shù)：

public Reference( T referent, ReferenceQueue<? super T> queue){
	this.referent = referent;
	this.queue = (queue == null) ? ReferenceQueue.NULL : queue;
}

當(dāng)構(gòu)造一個(gè)引用實(shí)例時(shí)，如果初始化了成員變量queue的值，我稱(chēng)之為將引用實(shí)例與queue綁定了。 那么將引用實(shí)例與這個(gè)queue綁定，有什么用呢？ 由于GC會(huì)對(duì)Reference類(lèi)及其子類(lèi)的實(shí)例進(jìn)行特殊方式的處理，比如對(duì)于weak引用實(shí)例，會(huì)在每次GC時(shí)都會(huì)將其發(fā)現(xiàn)的所有weak引用實(shí)例的referent 斷開(kāi)其引用。但是用戶可能需要對(duì)此做一些個(gè)性化的處理。因此，JVM設(shè)計(jì)出這樣的方式：GC在清理weak實(shí)例時(shí)，會(huì)將weak實(shí)例入隊(duì)到其綁定的queue中，用戶就可以去queue中獲取這些被GC處理了的weak實(shí)例，然后再做一些個(gè)性化處理。

并不是所有的reference實(shí)例都必須綁定一個(gè)queue，如果用戶不需要對(duì)被GC的實(shí)例做特殊的處理，就不用設(shè)置。

一般在緩存map場(chǎng)景下，會(huì)定義一個(gè)ReferenceQueue，如WeakHashMap，WeakCache等。因?yàn)橥ǔ?shí)際的key封裝成一個(gè)WeakReference類(lèi)實(shí)例，存儲(chǔ)到緩存map的key中，目的是借助GC自動(dòng)及時(shí)釋放緩存內(nèi)存，防止map過(guò)大。但GC自動(dòng)將map中weak實(shí)例對(duì)實(shí)際key的referent置為null后，相應(yīng)的entry就失去了在map中存在的意義了，這時(shí)queue的作用就出來(lái)了：GC在清理weak實(shí)例時(shí)，將此實(shí)例入隊(duì)到創(chuàng)建實(shí)例時(shí)綁定到的queue中，用戶主動(dòng)遍歷這個(gè)queue，將queue中元素對(duì)應(yīng)的map中的entry清理掉。否則map永遠(yuǎn)也不會(huì)釋放這些已經(jīng)失去意義的entry，這就會(huì)造成內(nèi)存泄漏。

WeakReference常用場(chǎng)景下的內(nèi)存泄漏問(wèn)題

以ThreadLocal.ThreadLocalMap為例，經(jīng)?？吹饺缦抡f(shuō)法：ThreadLocalMap中， Entry extends WeakReference<ThreadLocal> ，Entry的key也即ThreadLocal實(shí)例本身會(huì)被賦值給WeakReference的referent，JVM執(zhí)行GC時(shí)，只要遇到弱引用就會(huì)將其斷開(kāi)，即設(shè)置 referent=null ，則Entry的key變null了，那么Entry的value就已經(jīng)沒(méi)有意義了，也應(yīng)該能被GC回收掉，否則就是內(nèi)存泄漏。但是如果我們不主動(dòng)調(diào)用 threadlocal.remove() ，不主動(dòng)設(shè)置vlaue=null，那么被value引用的對(duì)象就會(huì)一直到線程銷(xiāo)毀都無(wú)法被GC回收掉，這就是ThreadLocal會(huì)造成內(nèi)存泄漏的說(shuō)法。

但是，針對(duì)這種情況，ThreadLocal也不是什么都沒(méi)做。

在ThreadLocal實(shí)例每次執(zhí)行set(T value)方法時(shí)（首次創(chuàng)建線程的threadLocals對(duì)象時(shí)除外），最后都會(huì)執(zhí)行以下代碼

if (!cleanSomeSlots(i, sz) && sz >= threshold)
                rehash();

cleanSomeSlots方法代碼如下：

private boolean cleanSomeSlots(int i, int n) {
            boolean removed = false;
            Entry[] tab = table;
            int len = tab.length;
            do {
                i = nextIndex(i, len);
                Entry e = tab[i];
                if (e != null && e.get() == null) {   // 檢查key是否為null
                    n = len;
                    removed = true;
                    i = expungeStaleEntry(i);        // 清理value
                }
            } while ( (n >>>= 1) != 0);
            return removed;
        }

可見(jiàn)，除了第一次，其后每次向線程的threadLocals 中添加entry時(shí)，都會(huì)清理在此之前被GC掉的的key對(duì)應(yīng)的entry。

也就是說(shuō)，通常情況下，每個(gè)線程最多只會(huì)存在一個(gè)應(yīng)該被GC回收但未能被回收的泄漏的對(duì)象。

如果這個(gè)對(duì)象非常大，占用JVM內(nèi)存空間較多，那么就影響較大。

如果線程非常多，每個(gè)線程都有一個(gè)泄漏的對(duì)象，那么影響也較大。

到此這篇關(guān)于關(guān)于弱引用WeakReference所引用的對(duì)象的回收規(guī)則的文章就介紹到這了,更多相關(guān)弱引用WeakReference回收規(guī)則內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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