Java中的引用類型和使用場景

作者：Grey

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Java中的引用類型分成強引用， 軟引用, 弱引用, 虛引用。

沒有引用指向這個對象，垃圾回收會回收

當有一個對象被一個軟引用所指向的時候，隻有系統記憶體不夠用的時候，才會被回收，可以用做緩存（比如緩存大圖檔）

示例如下代碼：注：執行以下方法的時候，需要把VM options設定為<code>-Xms20M -Xmx20M</code>。

上述代碼在第一次執行<code>System.out.println(reference.get())</code>時候，由于堆的最大最小值都是<code>20M</code>，而我們配置設定的<code>byte</code>數組是<code>10M</code>，沒有超過最大堆記憶體，是以執行垃圾回收，軟引用不被回收，後續又調用了<code>byte[] bytes = new byte[1024 * 1024 * 10];</code>再次配置設定了<code>10M</code>記憶體，此時堆記憶體已經超過設定的最大值，會進行回收，是以最後一步的<code>System.out.println(reference.get());</code>無法<code>get</code>到資料。

隻要垃圾回收，就會回收。如果有一個強引用指向弱引用中的這個對象，如果這個強引用消失，這個對象就應該被回收。一般用在容器裡面。

代碼示例如下：

如果執行了一次<code>GC</code>，<code>reference.get()</code> 擷取到的值即為空。

弱引用的一個典型應用場景就是<code>ThreadLocal</code>，以下是<code>ThreadLocal</code>的的簡要介紹

set方法

get方法

<code>ThreadLocalMap</code>是目前線程的一個成員變量，是以，其他線程無法讀取目前線程設定的<code>ThreadLocal</code>值。

<code>ThreadLocal</code>的主要應用場景

場景一：每個線程需要一個獨享的對象：假設有100個線程都需要用到<code>SimpleDateFormat</code>類來處理日期格式，如果共用一個<code>SimpleDateFormat</code>，就會出現線程安全問題，導緻資料出錯，如果加鎖，就會降低性能，此時使用<code>ThreadLocal</code>，給每個線程儲存一份自己的本地<code>SimpleDateFormat</code>，就可以同時保證線程安全和性能需求。

場景二：每個線程内部儲存全局變量，避免傳參麻煩：假設一個線程的作用是拿到前端使用者資訊，逐層執行<code>Service1</code>，<code>Service2</code>，<code>Service3</code>，<code>Service4</code>層的業務邏輯，其中每個業務層都會用到使用者資訊，此時一個解決辦法就是将<code>User</code>資訊對象作為參數層層傳遞，但是這樣會導緻代碼備援且不利于維護。此時可以将<code>User</code>資訊對象放入目前線程的<code>Threadlocal</code>中，就變成了全局變量，在每一層業務層中，需要使用的時候直接從<code>Threadlocal</code>中擷取即可。

場景三：<code>Spring</code>的聲明式事務，資料庫連接配接寫在配置檔案，多個方法可以支援一個完整的事務，保證多個方法是用的同一個資料庫連接配接（其實就是放在<code>ThreadLocal</code>裡面）

了解了<code>ThreadLocal</code>簡要介紹以後，我們可以深入了解一下<code>ThreadLocal</code>的一個内部原理，前面提到，<code>ThreadLocal</code>的<code>set</code>方法實際上是往目前線程的一個<code>threadLocals</code>表中插入一條記錄，而這個表中的記錄都存在一個<code>Entry</code>對象中，這個對象有一個key和一個value，<code>key</code>就是目前線程的<code>ThreadLocal</code>對象。

這個<code>Entry</code>對象繼承了<code>WeakReference</code>, 且構造函數調用了<code>super(k)</code>, 是以<code>Entry</code>中的<code>key</code>是通過一個弱引用指向的<code>ThreadLocal</code>，是以，我們在主方法中調用

<code>tl</code>是通過強引用指向這個<code>ThreadLocal</code>對象。

目前線程的<code>threadLocalMap</code>中的<code>key</code>是通過弱引用指向<code>ThreadLocal</code>對象，這樣就可以保證，在<code>tl</code>指向空以後，這個<code>ThreadLocal</code>會被回收，否則，如果<code>threadLocalMap</code>中的<code>key</code>是強引用指向<code>ThreadLocal</code>對象話，這個<code>ThreadLocal</code>對象永遠不會被回收。就會導緻記憶體洩漏。

但是，即便<code>key</code>用弱引用指向<code>ThreadLocal</code>對象，<code>key</code>值被回收後，<code>Entry</code>中的<code>value</code>值就無法被通路到了，且<code>value</code>是通過強引用關聯，是以，也會導緻記憶體洩漏，是以，每次在<code>ThreadLocal</code>中的對象不用了，記得要調用<code>remove</code>方法，把對應的<code>value</code>也給清掉。

用于管理堆外記憶體回收

虛引用關聯了一個對象，以及一個隊列，隻要垃圾回收，虛引用就被回收，一旦虛引用被回收，虛引用會被裝到這個隊列，并會收到一個通知（如果有值入隊列，會得到一個通知）是以，如果想知道虛引用何時被回收，就隻需要不斷監控這個隊列是否有元素加入進來了。

虛引用裡面關聯的對象用get方法是無法擷取的。

JDK的<code>NIO</code>包中有一個<code>DirectByteBuffer</code>， 這個<code>buffer</code>指向的是堆外記憶體，是以當這個<code>buffer</code>設定為空的時候，Java的垃圾回收無法回收，是以，可以用虛引用來管理這個<code>buffer</code>，當我們檢測到這個虛引用被垃圾回收器回收的時候，可以做出相應的處理，去回收堆外記憶體。

juc