强软弱虚引用

在java中，除了基本数据类型的变量外，其他所有的变量都是引用类型，指向堆上各种不同的对象。

在jvm中，除了我们常用的强引用外，还有软引用、弱引用、虚引用，这四种引用类型的生命周期与jvm的垃圾回收过程息息相关。

那么这四种引用类型有什么区别？具体使用场景是什么？

所有引用类型，都是抽象类java.lang.ref.Reference的子类，这个类的主要方法为get()方法：

public T get() {
        return this.referent;
    }

除了虚引用（因为get永远返回null），如果对象还没有被销毁，都可以通过get方法获取原有对象。这意味着，利用软引用和弱引用，我们可以将访问到的对象，重新指向强引用，也就是人为的改变了对象的可达性状态！

强引用

强引用（Strong references）就是直接new一个普通对象，表示一种比较强的引用关系，只要还有强引用对象指向一个对象，那么表示这个对象还活着，垃圾收集器宁可抛出OOM异常，也不会回收这个对象。

例如下面的引用u就是一个强引用。

public class StrongReferenceDemo {
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        User u = new User();
        System.out.println(u);
        u = null;
        System.gc();

        System.in.read();
    }
}

public class User {

    @Override
    protected void finalize() throws Throwable {
        System.out.println("call User finalize() method");
    }
}

上面的User对象重写了父类Object的finalize()，在GC准备释放对象所占用的内存空间之前，它将首先调用finalize()方法。

在Java中，由于GC的自动回收机制，因而并不能保证finalize方法会被及时地执行（垃圾对象的回收时机具有不确定性），也不能保证它们会被执行(程序由始至终都未触发垃圾回收)，所以finalize不推荐使用，这里只是为了演示垃圾回收的过程。

另外finalize()最多只会被调用一次，也就是只能利用finalize()为对象续命一次。

软引用

软引用用于存储一些可有可无的东西，例如缓存，当系统内存充足时，这些对象不会被回收，当系统内存不足时也是GC时才会回收这些对象，如果回收完这些对象后内存还是不足，就会抛出OOM异常。

// vm args: -Xmx36m -XX:+PrintGCDetails
public class SoftReferenceDemo {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        SoftReference<User> softReference = new SoftReference<>(new User()); // 软引用

        System.out.println(softReference.get());

        System.gc(); 

        TimeUnit.SECONDS.sleep(3); // wait gc thread run

        System.out.println(softReference.get()); // User对象不会被回收

        byte[] bytes = new byte[1024 * 1024 * 10]; // 分配一个大对象使得堆空间不足，软引用对象会在OOM之前先被回收
        System.out.println(softReference.get());

    }
}

在上面的例子中，第一次发生gc时，User对象不会被回收，第二次发生gc时由于堆空间不足，会先回收软引用的对象，回收完了还是空间不足，最后抛出OOM异常。

弱引用

弱引用（WeakReference）并不能使对象豁免垃圾回收，仅仅是提供一种访问在弱引用状态下对象的途径。只要发生gc，弱引用对象就会被回收。ThreadLocal中就使用了WeakReference来避免内存泄漏。

public class WeakReferenceDemo {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        WeakReference<User> weakReference = new WeakReference<>(new User());

        System.out.println(weakReference.get());

        System.gc();

        TimeUnit.SECONDS.sleep(3); // wait gc thread run

        System.out.println(weakReference.get()); // null
    }
}

上面的例子只要发生gc，User对象就会被垃圾收集器回收。

虚引用

虚引用必须和引用队列（ReferenceQueue）联合使用。如果一个对象仅持有虚引用，那么它就和没有任何引用一样，在任何时候都可能被垃圾回收。

虚引用主要用来跟踪对象被垃圾回收的活动。当垃圾回收器准备回收一个对象时，如果发现它还有虚引用，就会在回收对象之前，把这个虚引用加入到与之关联的引用队列中。程序如果发现某个虚引用已经被加入到引用队列，那么就可以在所引用的对象的内存被回收之前采取必要的行动。

// vm args: -Xms4m -XX:+PrintGC
public class PhantomReferenceDemo {

    public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException {
        ReferenceQueue<User> referenceQueue = new ReferenceQueue<>(); // 引用队列
        PhantomReference<User> phantomReference = new PhantomReference<>(new User(), referenceQueue); // 虚引用

        System.out.println(phantomReference.get()); // null

        new Thread(() -> {
            while (true) {
                Reference<? extends User> poll = referenceQueue.poll();
                if (poll != null) {
                    System.out.println("--- 虚引用对象被jvm回收了 ---- " + poll);
                    System.out.println("--- 回收对象 ---- " + poll.get()); // null
                }
            }
        }).start();

        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);

        System.gc();

        System.in.read();

    }

    private static class User {

        private int[] bytes = new int[1024 * 1024 * 5];

        @Override
        protected void finalize() throws Throwable {
            System.out.println("call User finalize() method");
        }
    }
}

实际上，虚引用的get()方法总是返回null。

基于虚引用，有一个更加优雅的实现方式，那就是Cleaner，可以用来替代Object类的finalizer方法，在DirectByteBuffer中用来回收堆外内存。