引用类型（Java四种引用类型原理你真的搞明白了吗？）

　　引用类型（Java四种引用类型原理你真的搞明白了吗？）
　　Java中一共有4种引用类型（其实还有一些其他的引用类型比如FinalReference）：强引用、软引用、弱引用、虚引用。
　　其中强引用就是我们经常使用的ObjectanewObject（）；这样的形式，在Java中并没有对应的Reference类。
　　本篇文章主要是分析软引用、弱引用、虚引用的实现，这三种引用类型都是继承于Reference这个类，主要逻辑也在Reference中。问题
　　在分析前，先抛几个问题？
　　1。网上大多数文章对于软引用的介绍是：在内存不足的时候才会被回收，那内存不足是怎么定义的？什么才叫内存不足？
　　2。网上大多数文章对于虚引用的介绍是：形同虚设，虚引用并不会决定对象的生命周期。主要用来跟踪对象被垃圾回收器回收的活动。真的是这样吗？
　　3。虚引用在Jdk中有哪些场景下用到了呢？Reference
　　我们先看下Reference。java中的几个字段publicabstractclassReferencelt；Tgt；｛引用的对象privateTreferent；回收队列，由使用者在Reference的构造函数中指定volatileReferenceQueuelt；？superTgt；queue；当该引用被加入到queue中的时候，该字段被设置为queue中的下一个元素，以形成链表结构volatileReferencenext；在GC时，JVM底层会维护一个叫DiscoveredList的链表，存放的是Reference对象，discovered字段指向的就是链表中的下一个元素，由JVM设置transientprivateReferencelt；Tgt；discovered；进行线程同步的锁对象staticprivateclassLock｛｝privatestaticLocklocknewLock（）；等待加入queue的Reference对象，在GC时由JVM设置，会有一个java层的线程（ReferenceHandler）源源不断的从pending中提取元素加入到queueprivatestaticReferencelt；Objectgt；pendingnull；｝
　　一个Reference对象的生命周期如下：
　　主要分为Native层和Java层两个部分。
　　Native层在GC时将需要被回收的Reference对象加入到DiscoveredList中（代码在referenceProcessor。cpp中
　　processdiscoveredreferences方法），然后将DiscoveredList的元素移动到PendingList中（代码在referenceProcessor。cpp中enqueuediscoveredrefhelper方法），PendingList的队首就是Reference类中的pending对象。
　　看看Java层的代码privatestaticclassReferenceHandlerextendsThread｛。。。publicvoidrun（）｛while（true）｛tryHandlePending（true）；｝｝｝staticbooleantryHandlePending（booleanwaitForNotify）｛Referencelt；Objectgt；r；Cleanerc；try｛synchronized（lock）｛if（pending！null）｛rpending；如果是Cleaner对象，则记录下来，下面做特殊处理crinstanceofCleaner？（Cleaner）r：null；指向PendingList的下一个对象pendingr。discovered；r。discoverednull；｝else｛如果pending为null就先等待，当有对象加入到PendingList中时，jvm会执行notifyif（waitForNotify）｛lock。wait（）；｝retryifwaitedreturnwaitForNotify；｝｝｝。。。如果时CLeaner对象，则调用clean方法进行资源回收if（c！null）｛c。clean（）；returntrue；｝将Reference加入到ReferenceQueue，开发者可以通过从ReferenceQueue中poll元素感知到对象被回收的事件。ReferenceQueuelt；？superObjectgt；qr。queue；if（q！ReferenceQueue。NULL）q。enqueue（r）；returntrue；｝
　　流程比较简单：就是源源不断的从PendingList中提取出元素，然后将其加入到ReferenceQueue中去，开发者可以通过从ReferenceQueue中poll元素感知到对象被回收的事件。
　　另外需要注意的是，对于Cleaner类型（继承自虚引用）的对象会有额外的处理：在其指向的对象被回收时，会调用clean方法，该方法主要是用来做对应的资源回收，在堆外内存DirectByteBuffer中就是用Cleaner进行堆外内存的回收，这也是虚引用在java中的典型应用。
　　看完了Reference的实现，再看看几个实现类里，各自有什么不同。
　　SoftReferencepublicclassSoftReferencelt；Tgt；extendsReferencelt；Tgt；｛staticprivatelongclock；privatelongtimestamp；publicSoftReference（Treferent）｛super（referent）；this。timestampclock；｝publicSoftReference（Treferent，ReferenceQueuelt；？superTgt；q）｛super（referent，q）；this。timestampclock；｝publicTget（）｛Tosuper。get（）；if（o！nullamp；amp；this。timestamp！clock）this。timestampclock；returno；｝｝
　　软引用的实现很简单，就多了两个字段：clock和timestamp。clock是个静态变量，每次GC时都会将该字段设置成当前时间。timestamp字段则会在每次调用get方法时将其赋值为clock（如果不相等且对象没被回收）。
　　那这两个字段的作用是什么呢？这和软引用在内存不够的时候才被回收，又有什么关系呢？
　　这些还得看JVM的源码才行，因为决定对象是否需要被回收都是在GC中实现的。sizetReferenceProcessor：：processdiscoveredreflist（DiscoveredListrefslists〔〕，ReferencePolicypolicy，boolclearreferent，BoolObjectClosureisalive，OopClosurekeepalive，VoidClosurecompletegc，AbstractRefProcTaskExecutortaskexecutor）｛。。。还记得上文提到过的DiscoveredList吗？refslists就是DiscoveredList。对于DiscoveredList的处理分为几个阶段，SoftReference的处理就在第一阶段。。。for（uinti0；ilt；maxnumq；i）｛processphase1（refslists〔i〕，policy，isalive，keepalive，completegc）；｝。。。｝该阶段的主要目的就是当内存足够时，将对应的SoftReference从refslist中移除。voidReferenceProcessor：：processphase1（DiscoveredListamp；refslist，ReferencePolicypolicy，BoolObjectClosureisalive，OopClosurekeepalive，VoidClosurecompletegc）｛DiscoveredListIteratoriter（refslist，keepalive，isalive）；Decidewhichsoftlyreachablerefsshouldbekeptalive。while（iter。hasnext（））｛iter。loadptrs（DEBUGONLY（！discoveryisatomic（）allownullreferent））；判断引用的对象是否存活boolreferentisdead（iter。referent（）！NULL）amp；amp；！iter。isreferentalive（）；如果引用的对象已经不存活了，则会去调用对应的ReferencePolicy判断该对象是不时要被回收if（referentisdeadamp；amp；！policygt；shouldclearreference（iter。obj（），softreftimestampclock））｛if（TraceReferenceGC）｛gclogorttygt；printcr（Droppingreference（INTPTRFORMAT：s）bypolicy，（void）iter。obj（），iter。obj（）gt；klass（）gt；internalname（））；｝RemoveReferenceobjectfromlistiter。remove（）；MaketheReferenceobjectactiveagainiter。makeactive（）；keepthereferentarounditer。makereferentalive（）；iter。movetonext（）；｝else｛iter。next（）；｝｝。。。｝
　　refslists中存放了本次GC发现的某种引用类型（虚引用、软引用、弱引用等），而
　　processdiscoveredreflist方法的作用就是将不需要被回收的对象从refslists移除掉，refslists最后剩下的元素全是需要被回收的元素，最后会将其第一个元素赋值给上文提到过的Reference。javapending字段。
　　ReferencePolicy一共有4种实现：NeverClearPolicy，AlwaysClearPolicy，LRUCurrentHeapPolicy，LRUMaxHeapPolicy。
　　其中NeverClearPolicy永远返回false，代表永远不回收SoftReference，在JVM中该类没有被使用，AlwaysClearPolicy则永远返回true，在referenceProcessor。hppsetup方法中中可以设置policy为AlwaysClearPolicy，至于什么时候会用到AlwaysClearPolicy，大家有兴趣可以自行研究。
　　LRUCurrentHeapPolicy和LRUMaxHeapPolicy的shouldclearreference方法则是完全相同：boolLRUMaxHeapPolicy：：shouldclearreference（oopp，jlongtimestampclock）｛jlongintervaltimestampclockjavalangrefSoftReference：：timestamp（p）；assert（intervalgt；0，Sanitycheck）；Theintervalwillbezeroiftherefwasaccessedsincethelastscavengegc。if（intervallt；maxinterval）｛returnfalse；｝returntrue；｝
　　timestampclock就是SoftReference的静态字段clock，
　　javalangrefSoftReference：：timestamp（p）对应是字段timestamp。如果上次GC后有调用SoftReferenceget，interval值为0，否则为若干次GC之间的时间差。
　　maxinterval则代表了一个临界值，它的值在LRUCurrentHeapPolicy和LRUMaxHeapPolicy两种策略中有差异。voidLRUCurrentHeapPolicy：：setup（）｛maxinterval（Universe：：getheapfreeatlastgc（）M）SoftRefLRUPolicyMSPerMB；assert（maxintervalgt；0，Sanitycheck）；｝voidLRUMaxHeapPolicy：：setup（）｛sizetmaxheapMaxHeapSize；maxheapUniverse：：getheapusedatlastgc（）；maxheapM；maxintervalmaxheapSoftRefLRUPolicyMSPerMB；assert（maxintervalgt；0，Sanitycheck）；｝
　　其中SoftRefLRUPolicyMSPerMB默认为1000，前者的计算方法和上次GC后可用堆大小有关，后者计算方法和（堆大小上次gc时堆使用大小）有关。
　　看到这里你就知道SoftReference到底什么时候被被回收了，它和使用的策略（默认应该是LRUCurrentHeapPolicy），堆可用大小，该SoftReference上一次调用get方法的时间都有关系。WeakReferencepublicclassWeakReferencelt；Tgt；extendsReferencelt；Tgt；｛publicWeakReference（Treferent）｛super（referent）；｝publicWeakReference（Treferent，ReferenceQueuelt；？superTgt；q）｛super（referent，q）；｝｝
　　可以看到WeakReference在Java层只是继承了Reference，没有做任何的改动。那referent字段是什么时候被置为null的呢？要搞清楚这个问题我们再看下上文提到过的
　　processdiscoveredreflist方法：sizetReferenceProcessor：：processdiscoveredreflist（DiscoveredListrefslists〔〕，ReferencePolicypolicy，boolclearreferent，BoolObjectClosureisalive，OopClosurekeepalive，VoidClosurecompletegc，AbstractRefProcTaskExecutortaskexecutor）｛。。。Phase1：将所有不存活但是还不能被回收的软引用从refslists中移除（只有refslists为软引用的时候，这里policy才不为null）if（policy！NULL）｛if（mtprocessing）｛RefProcPhase1Taskphase1（this，refslists，policy，truemarksoopsalive）；taskexecutorgt；execute（phase1）；｝else｛for（uinti0；ilt；maxnumq；i）｛processphase1（refslists〔i〕，policy，isalive，keepalive，completegc）；｝｝｝else｛policyNULLassert（refslists！discoveredSoftRefs，Policymustbespecifiedforsoftreferences。）；｝Phase2：移除所有指向对象还存活的引用if（mtprocessing）｛RefProcPhase2Taskphase2（this，refslists，！discoveryisatomic（）marksoopsalive）；taskexecutorgt；execute（phase2）；｝else｛for（uinti0；ilt；maxnumq；i）｛processphase2（refslists〔i〕，isalive，keepalive，completegc）；｝｝Phase3：根据clearreferent的值决定是否将不存活对象回收if（mtprocessing）｛RefProcPhase3Taskphase3（this，refslists，clearreferent，truemarksoopsalive）；taskexecutorgt；execute（phase3）；｝else｛for（uinti0；ilt；maxnumq；i）｛processphase3（refslists〔i〕，clearreferent，isalive，keepalive，completegc）；｝｝returntotallistcount；｝voidReferenceProcessor：：processphase3（DiscoveredListamp；refslist，boolclearreferent，BoolObjectClosureisalive，OopClosurekeepalive，VoidClosurecompletegc）｛ResourceMarkrm；DiscoveredListIteratoriter（refslist，keepalive，isalive）；while（iter。hasnext（））｛iter。updatediscovered（）；iter。loadptrs（DEBUGONLY（falseallownullreferent））；if（clearreferent）｛NULLoutreferentpointer将Reference的referent字段置为null，之后会被GC回收iter。clearreferent（）；｝else｛keepthereferentaround标记引用的对象为存活，该对象在这次GC将不会被回收iter。makereferentalive（）；｝。。。｝。。。｝
　　不管是弱引用还是其他引用类型，将字段referent置null的操作都发生在processphase3中，而具体行为是由clearreferent的值决定的。而clearreferent的值则和引用类型相关。ReferenceProcessorStatsReferenceProcessor：：processdiscoveredreferences（BoolObjectClosureisalive，OopClosurekeepalive，VoidClosurecompletegc，AbstractRefProcTaskExecutortaskexecutor，GCTimergctimer）｛NOTPRODUCT（verifyoktohandlereflists（））；。。。processdiscoveredreflist方法的第3个字段就是clearreferentSoftreferencessizetsoftcount0；｛GCTraceTimett（SoftReference，tracetime，false，gctimer）；softcountprocessdiscoveredreflist（discoveredSoftRefs，currentsoftrefpolicy，true，isalive，keepalive，completegc，taskexecutor）；｝updatesoftrefmasterclock（）；Weakreferencessizetweakcount0；｛GCTraceTimett（WeakReference，tracetime，false，gctimer）；weakcountprocessdiscoveredreflist（discoveredWeakRefs，NULL，true，isalive，keepalive，completegc，taskexecutor）；｝Finalreferencessizetfinalcount0；｛GCTraceTimett（FinalReference，tracetime，false，gctimer）；finalcountprocessdiscoveredreflist（discoveredFinalRefs，NULL，false，isalive，keepalive，completegc，taskexecutor）；｝Phantomreferencessizetphantomcount0；｛GCTraceTimett（PhantomReference，tracetime，false，gctimer）；phantomcountprocessdiscoveredreflist（discoveredPhantomRefs，NULL，false，isalive，keepalive，completegc，taskexecutor）；｝。。。｝
　　可以看到，对于Softreferences和Weakreferencesclearreferent字段传入的都是true，这也符合我们的预期：对象不可达后，引用字段就会被置为null，然后对象就会被回收（对于软引用来说，如果内存足够的话，在Phase1，相关的引用就会从refslist中被移除，到Phase3时refslist为空集合）。
　　但对于Finalreferences和Phantomreferences，clearreferent字段传入的是false，也就意味着被这两种引用类型引用的对象，如果没有其他额外处理，只要Reference对象还存活，那引用的对象是不会被回收的。Finalreferences和对象是否重写了finalize方法有关，不在本文分析范围之内，我们接下来看看Phantomreferences。PhantomReferencepublicclassPhantomReferencelt；Tgt；extendsReferencelt；Tgt；｛publicTget（）｛returnnull；｝publicPhantomReference（Treferent，ReferenceQueuelt；？superTgt；q）｛super（referent，q）；｝｝
　　可以看到虚引用的get方法永远返回null，我们看个demo。publicstaticvoiddemo（）throwsInterruptedException｛ObjectobjnewObject（）；ReferenceQueuelt；Objectgt；refQueuenewReferenceQueuelt；gt；（）；PhantomReferencelt；Objectgt；phanRefnewPhantomReferencelt；gt；（obj，refQueue）；ObjectobjgphanRef。get（）；这里拿到的是nullSystem。out。println（objg）；让obj变成垃圾objnull；System。gc（）；Thread。sleep（3000）；gc后会将phanRef加入到refQueue中Referencelt；？extendsObjectgt；phanRefPrefQueue。remove（）；这里输出trueSystem。out。println（phanRefPphanRef）；｝
　　从以上代码中可以看到，虚引用能够在指向对象不可达时得到一个39；通知39；（其实所有继承References的类都有这个功能），需要注意的是GC完成后，phanRef。referent依然指向之前创建Object，也就是说Object对象一直没被回收！
　　而造成这一现象的原因在上一小节末尾已经说了：对于Finalreferences和Phantomreferences，clearreferent字段传入的时false，也就意味着被这两种引用类型引用的对象，如果没有其他额外处理，在GC中是不会被回收的。
　　对于虚引用来说，从refQueue。remove（）；得到引用对象后，可以调用clear方法强行解除引用和对象之间的关系，使得对象下次可以GC时可以被回收掉。End
　　针对文章开头提出的几个问题，看完分析，我们已经能给出回答：
　　1。我们经常在网上看到软引用的介绍是：在内存不足的时候才会回收，那内存不足是怎么定义的？为什么才叫内存不足？
　　软引用会在内存不足时被回收，内存不足的定义和该引用对象get的时间以及当前堆可用内存大小都有关系，计算公式在上文中也已经给出。
　　2。网上对于虚引用的介绍是：形同虚设，与其他几种引用都不同，虚引用并不会决定对象的生命周期。主要用来跟踪对象被垃圾回收器回收的活动。真的是这样吗？
　　严格的说，虚引用是会影响对象生命周期的，如果不做任何处理，只要虚引用不被回收，那其引用的对象永远不会被回收。所以一般来说，从ReferenceQueue中获得PhantomReference对象后，如果PhantomReference对象不会被回收的话（比如被其他GCROOT可达的对象引用），需要调用clear方法解除PhantomReference和其引用对象的引用关系。
　　3。虚引用在Jdk中有哪些场景下用到了呢？
　　DirectByteBuffer中是用虚引用的子类Cleaner。java来实现堆外内存回收的，后续会写篇文章来说说堆外内存的里里外外。