不久之前，我面試了一些求職 Java 高級(jí)開發(fā)工程師的應(yīng)聘者。我常常會(huì)面試他們說，“你能給我介紹一些 Java 中得弱引用嗎？”，如果面試者這樣說，“嗯，是不是垃圾回收有關(guān)的？”，我就會(huì)基本滿意了，我并不期待回答是一篇詰究本末的論文描述。

然而事與愿違，我很吃驚的發(fā)現(xiàn)，在將近 20 多個(gè)有著平均 5 年開發(fā)經(jīng)驗(yàn)和高學(xué)歷背景的應(yīng)聘者中，居然只有兩個(gè)人知道弱引用的存在，但是在這兩個(gè)人之中只有一個(gè)人真正了解這方面的知識(shí)。在面試過程中，我還嘗試提示一些東西，來看看有沒有人突然說一聲“原來是這個(gè)啊”，結(jié)果很是讓我失望。我開始困惑，為什么這塊的知識(shí)如此不被重視，畢竟弱引用是一個(gè)很有用途的特性，況且這個(gè)特性已經(jīng)在 7 年前 Java 1.2 發(fā)布時(shí)便引入了。

好吧，這里我不期待你看完本文之后成為一個(gè)弱引用方面的專家，但是我認(rèn)為至少你應(yīng)該了解什么是弱引用，如何使用它們，并且什么場(chǎng)景使用。既然它們是一些不知名的概念，我簡單就著前面的三個(gè)問題來說明一下。

強(qiáng)引用(Strong Reference)

強(qiáng)引用就是我們經(jīng)常使用的引用，其寫法如下

StringBuffer buffer = new StringBuffer ();

上面創(chuàng)建了一個(gè) StringBuffer 對(duì)象，并將這個(gè)對(duì)象的（強(qiáng)）引用存到變量 buffer 中。是的，就是這個(gè)小兒科的操作（請(qǐng)?jiān)徫疫@樣的說法）。強(qiáng)引用最重要的就是它能夠讓引用變得強(qiáng)（Strong），這就決定了它和垃圾回收器的交互。具體來說，如果一個(gè)對(duì)象通過一串強(qiáng)引用鏈接可到達(dá)(Strongly reachable)，它是不會(huì)被回收的。如果你不想讓你正在使用的對(duì)象被回收，這就正是你所需要的。

但是強(qiáng)引用如此之強(qiáng)

在一個(gè)程序里，將一個(gè)類設(shè)置成不可被擴(kuò)展是有點(diǎn)不太常見的，當(dāng)然這個(gè)完全可以通過類標(biāo)記成 final 實(shí)現(xiàn)。或者也可以更加復(fù)雜一些，就是通過內(nèi)部包含了未知數(shù)量具體實(shí)現(xiàn)的工廠方法返回一個(gè)接口(Interface)。舉個(gè)例子，我們想要使用一個(gè)叫做 Widget 的類，但是這個(gè)類不能被繼承，所以無法增加新的功能。

但是我們?nèi)绻胱粉?nbsp;Widget 對(duì)象的額外信息，我們?cè)撛趺崔k？ 假設(shè)我們需要記錄每個(gè)對(duì)象的序列號(hào)，但是由于 Widget 類并不包含這個(gè)屬性，而且也不能擴(kuò)展導(dǎo)致我們也不能增加這個(gè)屬性。其實(shí)一點(diǎn)問題也沒有，HashMap 完全可以解決上述的問題。

serialNumberMap.put (widget, widgetSerialNumber);

這表面看上去沒有問題，但是 widget 對(duì)象的強(qiáng)引用很有可能會(huì)引發(fā)問題。我們可以確信當(dāng)一個(gè) widget 序列號(hào)不需要時(shí)，我們應(yīng)該將這個(gè)條目從 map 中移除。如果我們沒有移除的話，可能會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存泄露，亦或者我們手動(dòng)移除時(shí)刪除了我們正在使用的 widgets，會(huì)導(dǎo)致有效數(shù)據(jù)的丟失。其實(shí)這些問題很類似，這就是沒有垃圾回收機(jī)制的語言管理內(nèi)存時(shí)常遇到的問題。但是我們不用去擔(dān)心這個(gè)問題，因?yàn)槲覀兪褂玫臅r(shí)具有垃圾回收機(jī)制的 Java 語言。

另一個(gè)強(qiáng)引用可能帶來的問題就是緩存，尤其是像圖片這樣的大文件的緩存。假設(shè)你有一個(gè)程序需要處理用戶提供的圖片，通常的做法就是做圖片數(shù)據(jù)緩存，因?yàn)閺拇疟P加載圖片代價(jià)很大，并且同時(shí)我們也想避免在內(nèi)存中同時(shí)存在兩份一樣的圖片數(shù)據(jù)。

緩存被設(shè)計(jì)的目的就是避免我們?nèi)ピ俅渭虞d哪些不需要的文件。你會(huì)很快發(fā)現(xiàn)在緩存中會(huì)一直包含一個(gè)到已經(jīng)指向內(nèi)存中圖片數(shù)據(jù)的引用。使用強(qiáng)引用會(huì)強(qiáng)制圖片數(shù)據(jù)留在內(nèi)存，這就需要你來決定什么時(shí)候圖片數(shù)據(jù)不需要并且手動(dòng)從緩存中移除，進(jìn)而可以讓垃圾回收器回收。因此你再一次被強(qiáng)制做垃圾回收器該做的工作，并且人為決定是該清理到哪一個(gè)對(duì)象。

弱引用(Weak Reference)

弱引用簡單來說就是將對(duì)象留在內(nèi)存的能力不是那么強(qiáng)的引用。使用 WeakReference，垃圾回收器會(huì)幫你來決定引用的對(duì)象何時(shí)回收并且將對(duì)象從內(nèi)存移除。創(chuàng)建弱引用如下

WeakReference weakWidget = new WeakReference(widget);

使用 weakWidget.get ()就可以得到真實(shí)的 Widget 對(duì)象，因?yàn)槿跻貌荒茏钃趵厥掌鲗?duì)其回收，你會(huì)發(fā)現(xiàn)（當(dāng)沒有任何強(qiáng)引用到 widget 對(duì)象時(shí)）使用 get 時(shí)突然返回 null。

解決上述的 widget 序列數(shù)記錄的問題，最簡單的辦法就是使用 Java 內(nèi)置的 WeakHashMap 類。WeakHashMap 和 HashMap 幾乎一樣，唯一的區(qū)別就是它的鍵（不是值!!!）使用 WeakReference 引用。當(dāng) WeakHashMap 的鍵標(biāo)記為垃圾的時(shí)候，這個(gè)鍵對(duì)應(yīng)的條目就會(huì)自動(dòng)被移除。這就避免了上面不需要的 Widget 對(duì)象手動(dòng)刪除的問題。使用 WeakHashMap 可以很便捷地轉(zhuǎn)為 HashMap 或者 Map。

引用隊(duì)列(Reference Queue)

一旦弱引用對(duì)象開始返回 null，該弱引用指向的對(duì)象就被標(biāo)記成了垃圾。而這個(gè)弱引用對(duì)象（非其指向的對(duì)象）就沒有什么用了。通常這時(shí)候需要進(jìn)行一些清理工作。比如 WeakHashMap 會(huì)在這時(shí)候移除沒用的條目來避免保存無限制增長的沒有意義的弱引用。

引用隊(duì)列可以很容易地實(shí)現(xiàn)跟蹤不需要的引用。當(dāng)你在構(gòu)造 WeakReference 時(shí)傳入一個(gè) ReferenceQueue 對(duì)象，當(dāng)該引用指向的對(duì)象被標(biāo)記為垃圾的時(shí)候，這個(gè)引用對(duì)象會(huì)自動(dòng)地加入到引用隊(duì)列里面。接下來，你就可以在固定的周期，處理傳入的引用隊(duì)列，比如做一些清理工作來處理這些沒有用的引用對(duì)象。

四種引用

Java 中實(shí)際上有四種強(qiáng)度不同的引用，從強(qiáng)到弱它們分別是，強(qiáng)引用，軟引用，弱引用和虛引用。上面部分介紹了強(qiáng)引用和弱引用，下面介紹剩下的兩個(gè)，軟引用和虛引用。

軟引用（Soft Reference）

軟引用基本上和弱引用差不多，只是相比弱引用，它阻止垃圾回收期回收其指向的對(duì)象的能力強(qiáng)一些。如果一個(gè)對(duì)象是弱引用可到達(dá)，那么這個(gè)對(duì)象會(huì)被垃圾回收器接下來的回收周期銷毀。但是如果是軟引用可以到達(dá)，那么這個(gè)對(duì)象會(huì)停留在內(nèi)存更時(shí)間上長一些。當(dāng)內(nèi)存不足時(shí)垃圾回收器才會(huì)回收這些軟引用可到達(dá)的對(duì)象。

由于軟引用可到達(dá)的對(duì)象比弱引用可達(dá)到的對(duì)象滯留內(nèi)存時(shí)間會(huì)長一些，我們可以利用這個(gè)特性來做緩存。這樣的話，你就可以節(jié)省了很多事情，垃圾回收器會(huì)關(guān)心當(dāng)前哪種可到達(dá)類型以及內(nèi)存的消耗程度來進(jìn)行處理。

虛引用 （Phantom Reference）

與軟引用，弱引用不同，虛引用指向的對(duì)象十分脆弱，我們不可以通過 get 方法來得到其指向的對(duì)象。它的唯一作用就是當(dāng)其指向的對(duì)象被回收之后，自己被加入到引用隊(duì)列，用作記錄該引用指向的對(duì)象已被銷毀。

當(dāng)弱引用的指向?qū)ο笞兊萌跻每傻竭_(dá)，該弱引用就會(huì)加入到引用隊(duì)列。這一操作發(fā)生在對(duì)象析構(gòu)或者垃圾回收真正發(fā)生之前。理論上，這個(gè)即將被回收的對(duì)象是可以在一個(gè)不符合規(guī)范的析構(gòu)方法里面重新復(fù)活。但是這個(gè)弱引用會(huì)銷毀。虛引用只有在其指向的對(duì)象從內(nèi)存中移除掉之后才會(huì)加入到引用隊(duì)列中。其 get 方法一直返回 null 就是為了阻止其指向的幾乎被銷毀的對(duì)象重新復(fù)活。

虛引用使用場(chǎng)景主要由兩個(gè)。它允許你知道具體何時(shí)其引用的對(duì)象從內(nèi)存中移除。而實(shí)際上這是 Java 中唯一的方式。這一點(diǎn)尤其表現(xiàn)在處理類似圖片的大文件的情況。當(dāng)你確定一個(gè)圖片數(shù)據(jù)對(duì)象應(yīng)該被回收，你可以利用虛引用來判斷這個(gè)對(duì)象回收之后在繼續(xù)加載下一張圖片。這樣可以盡可能地避免可怕的內(nèi)存溢出錯(cuò)誤。

第二點(diǎn)，虛引用可以避免很多析構(gòu)時(shí)的問題。finalize 方法可以通過創(chuàng)建強(qiáng)引用指向快被銷毀的對(duì)象來讓這些對(duì)象重新復(fù)活。然而，一個(gè)重寫了 finalize 方法的對(duì)象如果想要被回收掉，需要經(jīng)歷兩個(gè)單獨(dú)的垃圾收集周期。在第一個(gè)周期中，某個(gè)對(duì)象被標(biāo)記為可回收，進(jìn)而才能進(jìn)行析構(gòu)。但是因?yàn)樵谖鰳?gòu)過程中仍有微弱的可能這個(gè)對(duì)象會(huì)重新復(fù)活。這種情況下，在這個(gè)對(duì)象真實(shí)銷毀之前，垃圾回收器需要再次運(yùn)行。因?yàn)槲鰳?gòu)可能并不是很及時(shí)，所以在調(diào)用對(duì)象的析構(gòu)之前，需要經(jīng)歷數(shù)量不確定的垃圾收集周期。這就意味著在真正清理掉這個(gè)對(duì)象的時(shí)候可能發(fā)生很大的延遲。這就是為什么當(dāng)大部分堆被標(biāo)記成垃圾時(shí)還是會(huì)出現(xiàn)煩人的內(nèi)存溢出錯(cuò)誤。

使用虛引用，上述情況將引刃而解，當(dāng)一個(gè)虛引用加入到引用隊(duì)列時(shí)，你絕對(duì)沒有辦法得到一個(gè)銷毀了的對(duì)象。因?yàn)檫@時(shí)候，對(duì)象已經(jīng)從內(nèi)存中銷毀了。因?yàn)樘撘貌荒鼙挥米髯屍渲赶虻膶?duì)象重生，所以其對(duì)象會(huì)在垃圾回收的第一個(gè)周期就將被清理掉。

顯而易見，finalize 方法不建議被重寫。因?yàn)樘撘妹黠@地安全高效，去掉 finalize 方法可以虛擬機(jī)變得明顯簡單。當(dāng)然你也可以去重寫這個(gè)方法來實(shí)現(xiàn)更多。這完全看個(gè)人選擇。

總結(jié)

我想看到這里，很多人開始發(fā)牢騷了，為什么你要講一個(gè)過去十年的老古董 API 呢，好吧，以我的經(jīng)驗(yàn)看，很多的 Java 程序員并不是很了解這個(gè)知識(shí)，我認(rèn)為有一些深入的理解是很必要的，同時(shí)我希望大家能從本文中收獲一些東西。