前言

Java執行GC判斷物件是否存活有兩種方式其中一種是引用計數。

引用計數：Java堆中每一個物件都有一個引用計數屬性，引用每新增1次計數加1，引用每釋放1次計數減1。

在JDK 1.2以前的版本中，若一個物件不被任何變數引用，那麼程式就無法再使用這個物件。也就是說，只有物件處於(reachable)可達狀態，程式才能使用它。

從JDK 1.2版本開始，物件的引用被劃分為4種級別，從而使程式能更加靈活地控制物件的生命週期。這4種級別由高到低依次為：強引用、軟引用、弱引用和虛引用。

正文

1. 強引用(StrongReference)

強引用是使用最普遍的引用。如果一個物件具有強引用，那垃圾回收器絕不會回收它。如下：

    Object strongReference = new Object();
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當記憶體空間不足時，Java虛擬機器寧願丟擲OutOfMemoryError錯誤，使程式異常終止，也不會靠隨意回收具有強引用的物件來解決記憶體不足的問題。 如果強引用物件不使用時，需要弱化從而使GC能夠回收，如下：

    strongReference = null;
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顯式地設定strongReference物件為null，或讓其超出物件的生命週期範圍，則gc認為該物件不存在引用，這時就可以回收這個物件。具體什麼時候收集這要取決於GC演算法。

    public void test() {
        Object strongReference = new Object();
        // 省略其他操作
    }
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在一個方法的內部有一個強引用，這個引用儲存在Java棧中，而真正的引用內容(Object)儲存在Java堆中。 當這個方法執行完成後，就會退出方法棧，則引用物件的引用數為0，這個物件會被回收。

但是如果這個strongReference是全域性變數時，就需要在不用這個物件時賦值為null，因為強引用不會被垃圾回收。

ArrayList的Clear方法：

在ArrayList類中定義了一個elementData陣列，在呼叫clear方法清空陣列時，每個陣列元素被賦值為null。 不同於elementData=null，強引用仍然存在，避免在後續呼叫add()等方法新增元素時進行記憶體的重新分配。 使用如clear()方法記憶體陣列中存放的引用型別進行記憶體釋放特別適用，這樣就可以及時釋放記憶體。

2. 軟引用(SoftReference)

如果一個物件只具有軟引用，則記憶體空間充足時，垃圾回收器就不會回收它；如果記憶體空間不足了，就會回收這些物件的記憶體。只要垃圾回收器沒有回收它，該物件就可以被程式使用。

軟引用可用來實現記憶體敏感的快取記憶體。

    // 強引用
    String strongReference = new String("abc");
    // 軟引用
    String str = new String("abc");
    SoftReference<String> softReference = new SoftReference<String>(str);
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軟引用可以和一個引用佇列(ReferenceQueue)聯合使用。如果軟引用所引用物件被垃圾回收，JAVA虛擬機器就會把這個軟引用加入到與之關聯的引用佇列中。

    ReferenceQueue<String> referenceQueue = new ReferenceQueue<>();
    String str = new String("abc");
    SoftReference<String> softReference = new SoftReference<>(str, referenceQueue);

    str = null;
    // Notify GC
    System.gc();

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

    Reference<? extends String> reference = referenceQueue.poll();
    System.out.println(reference); //null
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注意：軟引用物件是在jvm記憶體不夠的時候才會被回收，我們呼叫System.gc()方法只是起通知作用，JVM什麼時候掃描回收物件是JVM自己的狀態決定的。就算掃描到軟引用物件也不一定會回收它，只有記憶體不夠的時候才會回收。

當記憶體不足時，JVM首先將軟引用中的物件引用置為null，然後通知垃圾回收器進行回收：

    if(JVM記憶體不足) {
        // 將軟引用中的物件引用置為null
        str = null;
        // 通知垃圾回收器進行回收
        System.gc();
    }
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也就是說，垃圾收集執行緒會在虛擬機器丟擲OutOfMemoryError之前回收軟引用物件，而且虛擬機器會盡可能優先回收長時間閒置不用的軟引用物件。對那些剛構建的或剛使用過的**"較新的"軟物件會被虛擬機器儘可能保留**，這就是引入引用佇列ReferenceQueue的原因。

應用場景：

瀏覽器的後退按鈕。按後退時，這個後退時顯示的網頁內容是重新進行請求還是從快取中取出呢？這就要看具體的實現策略了。

1. 如果一個網頁在瀏覽結束時就進行內容的回收，則按後退檢視前面瀏覽過的頁面時，需要重新構建；
2. 如果將瀏覽過的網頁儲存到記憶體中會造成記憶體的大量浪費，甚至會造成記憶體溢位。

這時候就可以使用軟引用，很好的解決了實際的問題：

    // 獲取瀏覽器物件進行瀏覽
    Browser browser = new Browser();
    // 從後臺程式載入瀏覽頁面
    BrowserPage page = browser.getPage();
    // 將瀏覽完畢的頁面置為軟引用
    SoftReference softReference = new SoftReference(page);

    // 回退或者再次瀏覽此頁面時
    if(softReference.get() != null) {
        // 記憶體充足，還沒有被回收器回收，直接獲取快取
        page = softReference.get();
    } else {
        // 記憶體不足，軟引用的物件已經回收
        page = browser.getPage();
        // 重新構建軟引用
        softReference = new SoftReference(page);
    }
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3. 弱引用(WeakReference)

弱引用與軟引用的區別在於：只具有弱引用的物件擁有更短暫的生命週期。在垃圾回收器執行緒掃描它所管轄的記憶體區域的過程中，一旦發現了只具有弱引用的物件，不管當前記憶體空間足夠與否，都會回收它的記憶體。不過，由於垃圾回收器是一個優先順序很低的執行緒，因此不一定會很快發現那些只具有弱引用的物件。

    String str = new String("abc");
    WeakReference<String> weakReference = new WeakReference<>(str);
    str = null;
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JVM首先將軟引用中的物件引用置為null，然後通知垃圾回收器進行回收：

    str = null;
    System.gc();
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注意：如果一個物件是偶爾(很少)的使用，並且希望在使用時隨時就能獲取到，但又不想影響此物件的垃圾收集，那麼你應該用Weak Reference來記住此物件。

下面的程式碼會讓一個弱引用再次變為一個強引用：

    String str = new String("abc");
    WeakReference<String> weakReference = new WeakReference<>(str);
    // 弱引用轉強引用
    String strongReference = weakReference.get();
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同樣，弱引用可以和一個引用佇列(ReferenceQueue)聯合使用，如果弱引用所引用的物件被垃圾回收，Java虛擬機器就會把這個弱引用加入到與之關聯的引用佇列中。

簡單測試：

GCTarget.java

public class GCTarget {
    // 物件的ID
    public String id;

    // 佔用記憶體空間
    byte[] buffer = new byte[1024];

    public GCTarget(String id) {
        this.id = id;
    }

    protected void finalize() throws Throwable {
        // 執行垃圾回收時列印顯示物件ID
        System.out.println("Finalizing GCTarget, id is : " + id);
    }
}
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GCTargetWeakReference.java

public class GCTargetWeakReference extends WeakReference<GCTarget> {
    // 弱引用的ID
    public String id;

    public GCTargetWeakReference(GCTarget gcTarget,
              ReferenceQueue<? super GCTarget> queue) {
        super(gcTarget, queue);
        this.id = gcTarget.id;
    }

    protected void finalize() {
        System.out.println("Finalizing GCTargetWeakReference " + id);
    }
}
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WeakReferenceTest.java

public class WeakReferenceTest {
    // 弱引用佇列
    private final static ReferenceQueue<GCTarget> REFERENCE_QUEUE = new ReferenceQueue<>();

    public static void main(String[] args) {
        LinkedList<GCTargetWeakReference> gcTargetList = new LinkedList<>();

        // 建立弱引用的物件，依次加入連結串列中
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            GCTarget gcTarget = new GCTarget(String.valueOf(i));
            GCTargetWeakReference weakReference = new GCTargetWeakReference(gcTarget,
                REFERENCE_QUEUE);
            gcTargetList.add(weakReference);

            System.out.println("Just created GCTargetWeakReference obj: " +
                gcTargetList.getLast());
        }

        // 通知GC進行垃圾回收
        System.gc();

        try {
            // 休息幾分鐘，等待上面的垃圾回收執行緒執行完成
            Thread.sleep(6000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        // 檢查關聯的引用佇列是否為空
        Reference<? extends GCTarget> reference;
        while((reference = REFERENCE_QUEUE.poll()) != null) {
            if(reference instanceof GCTargetWeakReference) {
                System.out.println("In queue, id is: " +
                    ((GCTargetWeakReference) (reference)).id);
            }
        }
    }
}
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執行WeakReferenceTest.java，執行結果如下：

可見WeakReference物件的生命週期基本由垃圾回收器決定，一旦垃圾回收執行緒發現了弱引用物件，在下一次GC過程中就會對其進行回收。

4. 虛引用(PhantomReference)

虛引用顧名思義，就是形同虛設。與其他幾種引用都不同，虛引用並不會決定物件的生命週期。如果一個物件僅持有虛引用，那麼它就和沒有任何引用一樣，在任何時候都可能被垃圾回收器回收。

應用場景：

虛引用主要用來跟蹤物件被垃圾回收器回收的活動。 虛引用與軟引用和弱引用的一個區別在於：

虛引用必須和引用佇列(ReferenceQueue)聯合使用。當垃圾回收器準備回收一個物件時，如果發現它還有虛引用，就會在回收物件的記憶體之前，把這個虛引用加入到與之關聯的引用佇列中。

    String str = new String("abc");
    ReferenceQueue queue = new ReferenceQueue();
    // 建立虛引用，要求必須與一個引用佇列關聯
    PhantomReference pr = new PhantomReference(str, queue);
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程式可以通過判斷引用佇列中是否已經加入了虛引用，來了解被引用的物件是否將要進行垃圾回收。如果程式發現某個虛引用已經被加入到引用佇列，那麼就可以在所引用的物件的記憶體被回收之前採取必要的行動。

總結

Java中4種引用的級別和強度由高到低依次為：強引用 -> 軟引用 -> 弱引用 -> 虛引用

當垃圾回收器回收時，某些物件會被回收，某些不會被回收。垃圾回收器會從根物件Object來標記存活的物件，然後將某些不可達的物件和一些引用的物件進行回收。

通過表格來說明一下，如下：

引用型別	被垃圾回收時間	用途	生存時間
強引用	從來不會	物件的一般狀態	JVM停止執行時終止
軟引用	當記憶體不足時	物件快取	記憶體不足時終止
弱引用	正常垃圾回收時	物件快取	垃圾回收後終止
虛引用	正常垃圾回收時	跟蹤物件的垃圾回收	垃圾回收後終止

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