概覽
本文會通過對弱引用的定義講起，然後通過案例的使用一步一步的深入原始碼進行分析其原理，從而讓讀者深刻的理解什麼是弱引用，如何使用弱引用，什麼場景下會使用弱引用，弱引用可以解決什麼樣的問題，以及它的原始碼實現是怎樣的，其中會涉及的記憶體溢位，垃圾回收原理
作用：
jdk 官網解釋：
弱引用主要應用在不阻止它的key或者value 被回收的mapping。直接貼英文吧，翻譯水平有限（weak references are for implementing canonicalizing mappings that do not prevent their keys (or values) from being reclaimed）
個人理解：
弱引用的出現就是為了垃圾回收服務的。它引用一個物件，但是並不阻止該物件被回收。如果使用一個強引用的話，只要該引用存在，那麼被引用的物件是不能被回收的。弱引用則沒有這個問題。在垃圾回收器執行的時候，如果一個物件的所有引用都是弱引用的話，該物件會被回收
案例深度解析：
理想的情況下，我們希望當我們不再使用一個物件的時候，能夠在gc 發生的時候就把它回收掉。但是有些時候，由於我們的粗忽，在壞的情況下會導致記憶體溢位。這種案例尤其發生在一個生命使用週期很長的map 存放了很多實際使用生命週期短的物件。請看下面這個例子
public class StrongRefenceDemo {
static Map<String, String> map;
public static void main(String[] args) throws Exception {
StrongRefenceDemo demo = new StrongRefenceDemo();
demo.strongTest();
System.out.println("gc 發生前：" + map.size());
System.out.println("開始通知GC");
//注意，這裡只是通過垃圾回收器進行垃圾回收，並不一定馬上執行
System.gc();
Thread.sleep(1000 * 5);
System.out.println("gc 發生後：" + map.size());
}
/**
* 強引用測試
*/
public void strongTest() {
map = new HashMap<>();
String key = new String("key");
String value = new String("value");
map.put(key, value);
key = null;
value = null;
}
}
複製程式碼執行後輸出結果：
gc 發生前：1
開始通知GC
gc 發生後：1
複製程式碼從輸出的結果可以看到，即使我們通過把key和value 設定為null 來告訴jvm,我們不再使用這個物件了，map 裡面物件依然沒有被GC 回收，因為key和value 被一個強引用map 指向，根據可達性判斷，垃圾回收器是不能回收掉key和value 這個物件的。map 被定義為statis 的靜態變數，是一個使用生命週期很長的物件。在strongTest()方法中存在了一個key和value 的區域性變數，它隨著方法的執行完，這個變數的生命使用週期就結束了,但是粗糙的程式設計師忘記remove 了,這個時候垃圾回收器是不能回收它的。如果這種生命週期相對短的物件很多，最終就有可能消耗掉JVM中全部的記憶體。
但是這裡我有一個好奇，假如這裡的key和value 指向的物件在執行完strongTest()方法 以後用不著了，但是我可能又不是很好的判斷去主動呼叫remove 來移除它。想要垃圾回收器自己判斷回收掉可不可以呢?答案其實是可以的，這個時候就是弱引用上場了，請看下面程式
public class WeakRefenceDemo {
static Map<WeakReference<String>, String> map;
public static void main(String[] args) throws Exception {
WeakRefenceDemo demo = new WeakRefenceDemo();
demo.weakTest();
System.out.println("gc 發生前：" + map.size());
System.out.println("開始通知GC");
//注意，這裡只是通過垃圾回收器進行垃圾回收，並不一定馬上執行
System.gc();
Thread.sleep(1000 * 5);
System.out.println("gc 發生後：" + map.size());
}
/**
* 若引用測試
*/
public void weakTest() {
map = new WeakHashMap<>();
String key = new String("key");
String value = new String("value");
map.put(new WeakReference<>(key), value);
key = null;
value = null;
}
}
複製程式碼執行上面程式碼輸出結果
gc 發生前：1
開始通知GC
gc 發生後：0
複製程式碼從輸出結果0，我們可以判斷已經成功被垃圾回收了。what?整個過程我們只是把HashMap 換成了WeakHashMap，並且key 由String 換成了WeakReference。其實就是由於字串只有弱引用指向，所以可以被垃圾回收掉。是不是很簡單，如果到這裡你就停止研究弱引用了，那就太暴殄天物了
WeakHashMap 深度解析
上面的程式片段中，其實只有key 設定了為弱引用new WeakReference<>(key)，那正常也就只有這個key 對應的記憶體被回收而已，由於沒有呼叫remove ,裡面的value 和entry 也是不會回收掉的，那為什麼最後輸出的size 是0 呢？ 很好的問題，我們深入去看WeakHashMap 的原始碼，我們發現了一個神奇的方法expungeStaleEntries()。在看原始碼之前先解析下引用佇列的概念： 在弱引用被回收的時候會把該物件放到引用佇列中，也就意味著從引用佇列中獲取的物件都是被回收的物件，先解釋到這裡，足以滿足我們下面的原始碼分析了，接下來會做詳細的解析
/**
* Expunges stale entries from the table.
*/
private void expungeStaleEntries() {
//這裡從引用佇列裡面取出一個已經被回收的物件
for (Object x; (x = queue.poll()) != null; ) {
synchronized (queue) {
@SuppressWarnings("unchecked")
Entry<K,V> e = (Entry<K,V>) x;
int i = indexFor(e.hash, table.length);
Entry<K,V> prev = table[i];
Entry<K,V> p = prev;
//下面就是通過遍歷連結串列來設定值為null 來告訴垃圾回收器回收掉
//注意WeakHashMap 和HashMap 的資料結構都是通過陣列+連結串列組成的，只有理解了這點才知道下面的程式碼做了什麼
while (p != null) {
Entry<K,V> next = p.next;
//相等的時候，就意味著這個就是要回收的物件
if (p == e) {
//下面就是讓回收物件不再被引用
if (prev == e)
table[i] = next;
else
prev.next = next;
// Must not null out e.next;
// stale entries may be in use by a HashIterator
//這裡通過設定value 為null 來告訴垃圾回收
e.value = null; // Help GC
size--;
break;
}
prev = p;
p = next;
}
}
}
}
複製程式碼從上面的程式碼片段，大概的意思就是從引用佇列裡面取出被回收的物件，然後和WeakHashMap 中的物件查詢，找到之後就把對應的value 也設定為null,並且把對應的entry 設定為null,來告訴GC 去回收它。從原始碼可以看到expungeStaleEntries() 這個方法在執行WeakHashMap中的任何方法的時候都會被呼叫到的
/**
* Returns the table after first expunging stale entries.
*/
private Entry<K,V>[] getTable() {
//被呼叫
expungeStaleEntries();
return table;
}
/**
* Returns the number of key-value mappings in this map.
* This result is a snapshot, and may not reflect unprocessed
* entries that will be removed before next attempted access
* because they are no longer referenced.
*/
public int size() {
if (size == 0)
return 0;
//被呼叫
expungeStaleEntries();
return size;
}
複製程式碼到這裡也就完全明白為什麼value 不設定為弱引用和沒有顯性的呼叫remove 方法也可以回收掉了
引用佇列
從上面的的原始碼中，我們大概知道了引用佇列的使用，那為什麼要使用引用佇列呢？假如沒有引用佇列，上面的例子我們就需要遍歷全部的元素一個一個的去找，如果數量少那還好，如果數量多的時候，肯定就會出現一些效能問題。有了引用佇列那就輕鬆可以解決上面的問題了。從WeakReference 原始碼中我們可以看到有兩個建構函式，第二個是需要傳入引用佇列的
public WeakReference(T referent) {
super(referent);
}
public WeakReference(T referent, ReferenceQueue<? super T> q) {
super(referent, q);
}
複製程式碼引用佇列hello word
Object referent = new Object();
ReferenceQueue<Object> referenceQueue = new ReferenceQueue<>();
WeakReference weakReference1 = new WeakReference<>(referent);
WeakReference weakReference2 = new WeakReference<>(referent, referenceQueue);
複製程式碼使用中需要注意的細節： 由於弱引用的物件在GC 發生的時候都可能會被回收掉，所以在使用之前我們都需要判斷下是否為null 來避免空指標異常
Object referent3 = weakReference2.get();
if (referent3 != null) {
// GC hasn't removed the instance yet
} else {
// GC has cleared the instance
}
複製程式碼總結
- 弱引用的出現是為了垃圾回收的
- 一個物件只有弱引用指向它的時候，它是可以被回收的
- 弱引用是在GC 發生的時候就進行回收，不管當時記憶體是否充足
- 如果你在建立弱引用指定一個引用佇列的話，弱引用物件被回收的時候，會把該物件放入引用佇列中
- 為了安全使用，每次都要判斷下是否為空來判斷該物件是否已經被回收，來避免空指標異常
看完兩件事
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