【Java引用规范】强软引用

概念和作用

引用是Java中对对象进行操作的主要方式，通过引用，可以在程序中创建、访问和操作对象。

代码语言：javascript复制

java 代码解读复制代码Object obj = new Object();

这里，obj就是是一个引用，它指向一个刚创建的Object对象。在Java中，有着几种不同的引用类型：

强引用
软引用
弱引用
虚引用

每种引用类型在内存管理和垃圾回收方面有不同的特性和用途。

引用在Java内存管理中的重要性

在各个编程语言以及其运行框架中，内存管理是及其重要的一个功能。内存管理就会涉及到一个场景，我们怎么能确定占用这个地址的内存是能被框架回收的呢？引用此时就发挥了重要作用，在Java中，内存管理并非交由开发者管理，而是由JVM来进行系统性的管理的。虚拟机使用可达性算法来分析对象是否还在被引用。引用则是判断该对象能不能到达的一条路径，没有引用不可达到，则能回收。简单示例：

代码语言：javascript复制

java 代码解读复制代码public class Main {
	public static void main(String[] args) {
    	Map<String, Object> map = new HashMap<>();
        map = new TreeMap<>();
    }
}

在第3行代码中，我们实例化了HashMap对象，那么现在在堆中，就会有一块内存是该对象占用的，然后map引用了这个对象。其次在第4行代码中，我们重新赋值了map。此时，刚刚实例化的HashMap对象就没有被任何变量以及对象引用，在下一次的垃圾回收中，HashMap对象就会被回收掉。

强引用（Strong Reference）

定义和特点

在Java中，通常来说只要一个对象被变量或者对象引用的话，那么两者之前的引用关系就被称为强引用。

代码语言：javascript复制

java 代码解读复制代码public class Main {

    private static final Object OBJECT = new Object();
    
    public static void main(String[] args) {
        Object obj = new Object();
    }
}

在上面的代码中，OBJECT与obj都存在强引用关系。

内存管理和垃圾回收行为

要是我们没有显式的声明一个对象为null的话，只要程序还在运行且该对象能被其他对象所使用。那么它就无法被垃圾回收，直到程序退出。当我们在一个方法内创建一个对象时，只要该对象不会被其他变量引用时，在方法执行完后。可达性分析算法就会认为该对象能被回收，哪怕之前该对象存在强引用。

软引用（Soft Reference）

定义和用途

在SoftReference类的注释中，提到了该类最主要的作用

Soft references are most often used to implement memory-sensitive caches.

软引用最常用于实现内存敏感缓存 另外，注释中还有着一句话：

All soft references to softly-reachable objects are guaranteed to have been cleared before the virtual machine throws an OutOfMemoryError.

在JVM抛出OOM之前，会将所有软引用的引用对象给清除。这句话也侧面说明了它的用途：缓存

如何创建和使用软引用

代码语言：javascript复制

java 代码解读复制代码public class Main {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Object object = new Object();
        SoftReference<Object> softReference = new SoftReference<>(object);
    }
}

创建一个SoftReference对象，将需要引用的对象实例化时传递即可。

软引用在内存不足时的回收机制

示例程序

启动JVM参数：

-Xms512m -Xmx512m

示例代码：

代码语言：javascript复制

java 代码解读复制代码package com.zsk;

import java.lang.ref.SoftReference;
import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Date;
import java.util.List;


public class Main {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        int[] array = new int[(int) 1e7];
        List<SoftReference<int[]>> data = new ArrayList<>();
        SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
        while (true) {
            int[] arr = new int[(int) 1e7];
            Thread.sleep(1000L);
            SoftReference<int[]> softReference = new SoftReference<>(arr);
            System.out.println("Time: "   simpleDateFormat.format(new Date()));
            data.add(softReference);
        }
    }

}

上面的代码作用是每隔一秒，创建一个大数组对象以及创建一个软引用对象引用大数组对象，最后将软引用对象放在列表中。

内存变动

当程序启动后，我们就能得到下面这个有规律的图。

由IntelliJ IDEA生成查看路径：Profiler-> 选择对应的进程 -> CPU和内存实时图表

每次堆内存在即将使用完时，JVM将进行垃圾回收，此时软引用所引用的对象就会被回收掉了。我们也能计算出每次创建大数组对象需要的内存空间： 10000000（size）* 4（int占用字节）= 40000000byte ≈ 38.15MB 该数量与上方内存增长大小与回收后的空间也是一致的。

内存分析

我们也可以MAT内存分析工具来进一步佐证。首先，我们需要对代码进行一些处理，在垃圾回收前以及垃圾回收后的内存快照（hprof文件）给保存下来改动后的代码：

代码语言：javascript复制

java 代码解读复制代码public class Main {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        int[] array = new int[(int) 1e7];
        List<SoftReference<int[]>> data = new ArrayList<>();
        SimpleDateFormat simpleDateFormat = new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss");
        int i = 0;
        while (true) {
            if (i   == 10) {
                Thread.sleep(10000L);
            }
            if (i > 10) {
                Thread.sleep(10000L);
            } else {
                Thread.sleep(1000L);
            }
            int[] arr = new int[(int) 1e7];
            SoftReference<int[]> softReference = new SoftReference<>(arr);
            System.out.println("Time: "   simpleDateFormat.format(new Date()));
            data.add(softReference);
        }
    }

}

垃圾回收变化以及回收机制

垃圾回收前的内存占用情况：

垃圾回收后的内存占用情况：

可以清楚的看到了ArrayList中的软引用的引用对象（大数组）都被回收掉了，也验证了该类上的注释：在抛出OOM之前，也就是堆内存使用完之前，将所有的弱引用的引用对象给回收。

题外话

看到对比图，可能有个疑问，为什么ArrayList中弱引用对象的地址变动了呢？

在JDK进行垃圾回收时，根据不同垃圾回收器使用的垃圾回收算法，会进行内存空间的整理。我们可以在运行前，添加JVM参数，就能打印出使用的垃圾回收器。增加JVM启动参数：-Xloggc:.gc.log 就能在gc.log这个文件中，看到所使用的垃圾回收器类型以及一些启动信息

代码语言：javascript复制

latex 代码解读复制代码OpenJDK 64-Bit Server VM (25.392-b08) for windows-amd64 JRE (1.8.0_392-b08), built on Oct 16 2023 22:02:46 by "Administrator" with MS VC   15.9 (VS2017)
Memory: 4k page, physical 16726872k(8454788k free), swap 17775448k(3601532k free)
CommandLine flags: -XX:InitialHeapSize=536870912 -XX:MaxHeapSize=536870912 -XX: PrintGC 
-XX: PrintGCTimeStamps -XX: UseCompressedClassPointers -XX: UseCompressedOops 
-XX:-UseLargePagesIndividualAllocation -XX: UseParallelGC

由于示例代码在运行前没有指定垃圾回收器，就是默认使用UseParallelGC并行垃圾回收器。并行垃圾回收器使用的是标记-复制算法。该算法会进行三步：

标记：标记未被引用对象（不可达算法），其中只被软引用引用的对象也会被标记出来。
复制：ParallelGC将存活的对象从Eden区和from区复制到to区，内存地址变动也是因为这个复制所作的操作。
清理：ParallelGC会清理掉年轻代中不再使用的对象。

java 后端

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