Java reference详解

最近在做一个服务编排执行引擎的东西，其中业务逻辑执行的参数上下文存储在了ThreadLocal里面，为了保证运行参数不丢失，对ThreadLocal进入了一些源码研究，发现实际的存储是在ThreadLocalMap里面，而map的中key居然是weakreference类型，这能保证GC的时候，业务运行参数不丢失吗？由此，对不同的引用reference做了一下深入了解，机制是什么？应用的场景是什么？

概述：

• reference的目的是为了让程序能够对JVM的垃圾回收施加一定影响，或者说一种交互机制，且这种影响是有限的。
• 每种reference对象都继承自Reference类，其有一个referent属性，用于存储被引用对象。GC在做垃圾回收的时候，回收的就是这个referent对象。
• 通过 reference的get方法获取真正的被引用对象。
•  一个对象只有失去所有强引用以后，才有可能根据不同引用类型执行不同的回收策略。

引用类型主要分为四种：

• Strong reference：

String strRefer = new String("referece");

GC在标记阶段，从root set出发，被遍历到的强引用对象不会被垃圾回收。

• soft reference：

String strRefert = new String("referece");

SoftReference<String> softRef = new SoftReference<String>(strRefert);

strRefert = null;

System.gc();

System.out.printlin("is garbage collect ========" + softRef.get());

对于软引用，GC有一套自己的策略，只要没有发生out of space，GC就有可能不回收软引用对象。

• weak reference：

String strRefert = new String("referece");

WeakReference<String> weakRef = new WeakReference<String>(strRefert);

strRefert = null;

System.gc();

System.out.printlin("is garbage collect ========" + weakRef.get());

对于弱引用，只要发生GC，引用对象就会被垃圾回收

• phantom reference：

行为与weakreference一致，区别在于生成phantom时，必须传入referenceQuene对象。GC回收对象时，如果引用类型是weakreference类型，会在执行被引用对象前的finalize前，将weakreference对象推入referenceQuene；而如果是phantomreference类型，则是先执行被引用对象的finalize，然后再将phantomreference对象推入referenceQuene。phantomreference的应用场景很少。

那么referenceQuene又是什么鬼？

以上面的代码为例，GC做了垃圾回收动作，那么程序怎么知道referent到底有没有被回收呢？一个一个对象的去遍历，是不是low了点儿？referenceQuene帮我们做了统一的收口，如果我们在创建弱引用对象的时候，传入了referenceQuene参数：

String strRefert = new String("referece");

ReferenceQuene<String> refQuene = new ReferenceQuene<String>();

WeakReference<String> weakRef = new WeakReference<String>(strRefer, refQuene);

strRefert = null;

System.gc();

System.out.printlin("is garbage collect ========" + weakRef.get());

System.out.printlin("is enquened ========" + weakRef.isEnqueued());//是否是已经被入列

System.out.printlin("weakRef ========" + refQuene.pull());

System.out.printlin("is same instance ========" + (weakRef == refQuene.pull()));

System.out.printlin("weakRef ========" + refQuene.remove());

那么GC做完垃圾回收以后，会将reference对象push到ReferenceQuene里面，这样我们知道reference引用的referent被垃圾回收了，也表明此时的reference对象也没有任何意义了，需要我们对其进行清理，或者做一些其他的资源清理工作。

ReferenceQuene主要有两个方法：

poll():如果存在reference对象，则拉取并从队列中删除，如果没有则返回null，不阻塞

remove():阻塞方法，直到有reference对象为止。

说了半天，应用场景跟目的到底是啥：

看了很多篇文章，大部分都说用作缓存，Map的方式，用weakReference将key进行一次包裹，作为map的key，那么当key失去强引用以后，GC会对weakReference包裹的key进行回收清除，这样value也就可以被清除了；很多人对此提出了质疑，key都没有了，还怎么进行下次查询，缓存的意义何在？我也深以为然！所以，个人认为，还是为了内存不会出现out of space。oracle的官网举了个列子，就是我们浏览大量的图片，还翻页，还不知道会不会往回翻页，图片很大，加载很慢，这时我们可以考虑用弱引用，往回翻页，存在正好，不存在了则再重新加载一遍。问题又来了，图片的缓存肯定会以图片名称作为key，图片的实际内容作为value，这会是什么样的一种结构？

weakhashmap描述：

如上所述的map，Java给我们提供了WeakHashMap类，其key值就是被weakReference所包裹的可以被GC回收的，问题又来了，图片的名称是key，但我们实际上要回收的是value，真正的图片内容，且WeakHashMap宣称是自动回收的，这个是怎么实现的呢？通过研究源码发现原来在对WeakHashMap做任何操作的时候，put、get、size、toString等等，都会首先调用一个expungeStaleEntries方法，仔细分析其源码，原来这个方法会pull对应的referenceQuenue，把已经清除的key找出来，然后再删除对应的value值，其所宣贯的自动清除，实际上是在调用它的方法时触发的。那么ThreadLocalMap又怎么保证虽然weakReference作为key，但执行过程中不被清除的呢？

ThreadLocalMap实现：

看注解：

根本就没有清除value！

参考文献：

http://www.fis.unipr.it/lca/tutorial/java/refobjs/index.html

http://learningviacode.blogspot.com/2014/02/reference-queues.html

https://community.oracle.com/blogs/enicholas/2006/05/04/understanding-weak-references

https://stackoverflow.com/questions/7136620/weak-references-how-useful-are-they

https://stackoverflow.com/questions/5511279/what-is-a-weakhashmap-and-when-to-use-it

https://docs.oracle.com/javase/6/docs/api/java/lang/ref/package-summary.html#reachability