Java 如何有效地避免OOM：善於利用軟引用和弱引用

Matrix海子發表於2014-06-16
JavaOOM

Java 如何有效地避免OOM：善於利用軟引用和弱引用

　　想必很多朋友對OOM（OutOfMemory）這個錯誤不會陌生，而當遇到這種錯誤如何有效地解決這個問題呢？今天我們就來說一下如何利用軟引用和弱引用來有效地解決程式中出現的OOM問題。下面是本文的目錄大綱：

　　一.瞭解 強引用、軟引用、弱引用、虛引用的概念

　　二.進一步理解軟引用和弱引用

　　三.如何利用軟引用和弱引用解決OOM問題

　　如果有不正之處，希望諒解和批評指正，不勝感激。

　　請尊重作者勞動成果，轉載請標明原文連結：

 　　http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3784171.html

一.瞭解 強引用、軟引用、弱引用、虛引用的概念

　　在Java中，雖然不需要程式設計師手動去管理物件的生命週期，但是如果希望某些物件具備一定的生命週期的話（比如記憶體不足時JVM就會自動回收某些物件從而避免OutOfMemory的錯誤）就需要用到軟引用和弱引用了。

　　從Java SE2開始，就提供了四種型別的引用：強引用、軟引用、弱引用和虛引用。Java中提供這四種引用型別主要有兩個目的：第一是可以讓程式設計師透過程式碼的方式決定某些物件的生命週期；第二是有利於JVM進行垃圾回收。下面來闡述一下這四種型別引用的概念：

　　1.強引用（StrongReference）

　　強引用就是指在程式程式碼之中普遍存在的，比如下面這段程式碼中的object和str都是強引用：

Object object = new Object();
String str = "hello";

　　只要某個物件有強引用與之關聯，JVM必定不會回收這個物件，即使在記憶體不足的情況下，JVM寧願丟擲OutOfMemory錯誤也不會回收這種物件。比如下面這段程式碼：

public class Main {
	public static void main(String[] args) {
		new Main().fun1();
	}
	
	public void fun1() {
		Object object = new Object();
		Object[] objArr = new Object[1000];
	}
}

　　當執行至Object[] objArr = new Object[1000];這句時，如果記憶體不足，JVM會丟擲OOM錯誤也不會回收object指向的物件。不過要注意的是，當fun1執行完之後，object和objArr都已經不存在了，所以它們指向的物件都會被JVM回收。

　　如果想中斷強引用和某個物件之間的關聯，可以顯示地將引用賦值為null，這樣一來的話，JVM在合適的時間就會回收該物件。

　　比如Vector類的clear方法中就是透過將引用賦值為null來實現清理工作的：

 /**
     * Removes the element at the specified position in this Vector.
     * Shifts any subsequent elements to the left (subtracts one from their
     * indices).  Returns the element that was removed from the Vector.
     *
     * @throws ArrayIndexOutOfBoundsException if the index is out of range
     *         ({@code index < 0 || index >= size()})
     * @param index the index of the element to be removed
     * @return element that was removed
     * @since 1.2
     */
    public synchronized E remove(int index) {
    modCount++;
    if (index >= elementCount)
        throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);
    Object oldValue = elementData[index];

    int numMoved = elementCount - index - 1;
    if (numMoved > 0)
        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                 numMoved);
    elementData[--elementCount] = null; // Let gc do its work

    return (E)oldValue;
    }
View Code

　　2.軟引用（SoftReference）

　　軟引用是用來描述一些有用但並不是必需的物件，在Java中用java.lang.ref.SoftReference類來表示。對於軟引用關聯著的物件，只有在記憶體不足的時候JVM才會回收該物件。因此，這一點可以很好地用來解決OOM的問題，並且這個特性很適合用來實現快取：比如網頁快取、圖片快取等。

　　軟引用可以和一個引用佇列（ReferenceQueue）聯合使用，如果軟引用所引用的物件被JVM回收，這個軟引用就會被加入到與之關聯的引用佇列中。下面是一個使用示例：

import java.lang.ref.SoftReference;

public class Main {
	public static void main(String[] args) {
		
		SoftReference<String> sr = new SoftReference<String>(new String("hello"));
		System.out.println(sr.get());
	}
}

　　3.弱引用（WeakReference）

　　弱引用也是用來描述非必需物件的，當JVM進行垃圾回收時，無論記憶體是否充足，都會回收被弱引用關聯的物件。在java中，用java.lang.ref.WeakReference類來表示。下面是使用示例：

import java.lang.ref.WeakReference;

public class Main {
	public static void main(String[] args) {
	
		WeakReference<String> sr = new WeakReference<String>(new String("hello"));
		
		System.out.println(sr.get());
		System.gc();                //通知JVM的gc進行垃圾回收
		System.out.println(sr.get());
	}
}

　　輸出結果為：

hello
null
View Code

　　第二個輸出結果是null，這說明只要JVM進行垃圾回收，被弱引用關聯的物件必定會被回收掉。不過要注意的是，這裡所說的被弱引用關聯的物件是指只有弱引用與之關聯，如果存在強引用同時與之關聯，則進行垃圾回收時也不會回收該物件（軟引用也是如此）。

　　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JVM回收，這個軟引用就會被加入到與之關聯的引用佇列中。

　　4.虛引用（PhantomReference）

　　虛引用和前面的軟引用、弱引用不同，它並不影響物件的生命週期。在java中用java.lang.ref.PhantomReference類表示。如果一個物件與虛引用關聯，則跟沒有引用與之關聯一樣，在任何時候都可能被垃圾回收器回收。

　　要注意的是，虛引用必須和引用佇列關聯使用，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，就會把這個虛引用加入到與之 關聯的引用佇列中。程式可以透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被垃圾回收。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。

import java.lang.ref.PhantomReference;
import java.lang.ref.ReferenceQueue;


public class Main {
	public static void main(String[] args) {
		ReferenceQueue<String> queue = new ReferenceQueue<String>();
		PhantomReference<String> pr = new PhantomReference<String>(new String("hello"), queue);
		System.out.println(pr.get());
	}
}

二.進一步理解軟引用和弱引用

　　對於強引用，我們平時在編寫程式碼時經常會用到。而對於其他三種型別的引用，使用得最多的就是軟引用和弱引用，這2種既有相似之處又有區別。它們都是用來描述非必需物件的，但是被軟引用關聯的物件只有在記憶體不足時才會被回收，而被弱引用關聯的物件在JVM進行垃圾回收時總會被回收。

　　在SoftReference類中，有三個方法，兩個構造方法和一個get方法（WekReference類似）：

　　兩個構造方法：

 public SoftReference(T referent) {
	super(referent);
	this.timestamp = clock;
    }

public SoftReference(T referent, ReferenceQueue<? super T> q) {
	super(referent, q);
	this.timestamp = clock;
    }

　　get方法用來獲取與軟引用關聯的物件的引用，如果該物件被回收了，則返回null。

 　　在使用軟引用和弱引用的時候，我們可以顯示地透過System.gc()來通知JVM進行垃圾回收，但是要注意的是，雖然發出了通知，JVM不一定會立刻執行，也就是說這句是無法確保此時JVM一定會進行垃圾回收的。

三.如何利用軟引用和弱引用解決OOM問題

　　前面講了關於軟引用和弱引用相關的基礎知識，那麼到底如何利用它們來最佳化程式效能，從而避免OOM的問題呢？

　　下面舉個例子，假如有一個應用需要讀取大量的本地圖片，如果每次讀取圖片都從硬碟讀取，則會嚴重影響效能，但是如果全部載入到記憶體當中，又有可能造成記憶體溢位，此時使用軟引用可以解決這個問題。

　　設計思路是：用一個HashMap來儲存圖片的路徑 和 相應圖片物件關聯的軟引用之間的對映關係，在記憶體不足時，JVM會自動回收這些快取圖片物件所佔用的空間，從而有效地避免了OOM的問題。在Android開發中對於大量圖片下載會經常用到。

　　下面這段程式碼是摘自部落格：

　　http://blog.csdn.net/arui319/article/details/8489451

.....
private Map<String, SoftReference<Bitmap>> imageCache = new HashMap<String, SoftReference<Bitmap>>();

....
public void addBitmapToCache(String path) {

        // 強引用的Bitmap物件

        Bitmap bitmap = BitmapFactory.decodeFile(path);

        // 軟引用的Bitmap物件

        SoftReference<Bitmap> softBitmap = new SoftReference<Bitmap>(bitmap);

        // 新增該物件到Map中使其快取

        imageCache.put(path, softBitmap);

    }

 public Bitmap getBitmapByPath(String path) {

        // 從快取中取軟引用的Bitmap物件

        SoftReference<Bitmap> softBitmap = imageCache.get(path);

        // 判斷是否存在軟引用

        if (softBitmap == null) {

            return null;

        }

        // 取出Bitmap物件，如果由於記憶體不足Bitmap被回收，將取得空

        Bitmap bitmap = softBitmap.get();

        return bitmap;

    }

　　當然這裡我們把快取替換策略交給了JVM去執行，這是一種比較簡單的處理方法。複雜一點的快取，我們可以自己單獨設計一個類，這裡面就涉及到快取策略的問題了，具體可以參考之前的一篇博文：《快取演算法（頁面置換演算法）-FIFO、LFU、LRU》

　　參考資料：

　　《深入理解JVM虛擬機器》

　　http://blog.csdn.net/arui319/article/details/8489451

　　http://blog.csdn.net/zsuguangh/article/details/6429592

　　http://mobile.51cto.com/abased-406998.htm

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