十分鐘理解Java中的弱引用

本篇文章嘗試從What、Why、How這三個角度來探索Java中的弱引用，幫助大家理解Java中弱引用的定義、基本使用場景和使用方法。由于個人水平有限，敘述中難免存在不準確或是不清晰的地方，希望大家可以指出，謝謝大家：）

1. What——什么是弱引用？

Java中的弱引用具體指的是java.lang.ref.WeakReference<T>類，我們首先來看一下官方文檔對它做的說明：

弱引用對象的存在不會阻止它所指向的對象被垃圾回收器回收。弱引用最常見的用途是實現規范映射(canonicalizing mappings，比如哈希表）。

假設垃圾收集器在某個時間點決定一個對象是弱可達的(weakly reachable)（也就是說當前指向它的全都是弱引用），這時垃圾收集器會清除所有指向該對象的弱引用，然后把這個弱可達對象標記為可終結(finalizable)的，這樣它隨后就會被回收。與此同時或稍后，垃圾收集器會把那些剛清除的弱引用放入創建弱引用對象時所指定的引用隊列(Reference Queue)中。

實際上，Java中存在四種引用，它們由強到弱依次是：強引用、軟引用、弱引用、虛引用。下面我們簡單介紹下除弱引用外的其他三種引用：

• 強引用（Strong Reference）：通常我們通過new來創建一個新對象時返回的引用就是一個強引用，若一個對象通過一系列強引用可到達，它就是強可達的(strongly reachable)，那么它就不被回收

• 軟引用（Soft Reference）：軟引用和弱引用的區別在于，若一個對象是弱引用可達，無論當前內存是否充足它都會被回收，而軟引用可達的對象在內存不充足時才會被回收，因此軟引用要比弱引用“強”一些

• 虛引用（Phantom Reference）：虛引用是Java中最弱的引用，那么它弱到什么程度呢？它是如此脆弱以至于我們通過虛引用甚至無法獲取到被引用的對象，虛引用存在的唯一作用就是當它指向的對象被回收后，虛引用本身會被加入到引用隊列中，用作記錄它指向的對象已被回收。

Why——為什么使用弱引用？

考慮下面的場景：現在有一個Product類代表一種產品，這個類被設計為不可擴展的，而此時我們想要為每個產品增加一個編號。一種解決方案是使用HashMap<Product, Integer>。于是問題來了，如果我們已經不再需要一個Product對象存在于內存中（比如已經賣出了這件產品），假設指向它的引用為productA，我們這時會給productA賦值為null，然而這時productA過去指向的Product對象并不會被回收，因為它顯然還被HashMap引用著。所以這種情況下，我們想要真正的回收一個Product對象，僅僅把它的強引用賦值為null是不夠的，還要把相應的條目從HashMap中移除。顯然“從HashMap中移除不再需要的條目”這個工作我們不想自己完成，我們希望告訴垃圾收集器：在只有HashMap中的key在引用著Product對象的情況下，就可以回收相應Product對象了。顯然，根據前面弱引用的定義，使用弱引用能幫助我們達成這個目的。我們只需要用一個指向Product對象的弱引用對象來作為HashMap中的key就可以了。

How——如何使用弱引用？

拿上面介紹的場景舉例，我們使用一個指向Product對象的弱引用對象來作為HashMap的key，只需這樣定義這個弱引用對象：

Product productA = new Product(...);
 WeakReference<Product> weakProductA = new WeakReference<>(

Product product = weakProductA.get();

實際上，對于這種情況，Java類庫為我們提供了WeakHashMap類，使用和這個類，它的鍵自然就是弱引用對象，無需我們再手動包裝原始對象。這樣一來，當productA變為null時（表明它所引用的Product已經無需存在于內存中），這時指向這個Product對象的就是由弱引用對象weakProductA了，那么顯然這時候相應的Product對象時弱可達的，所以指向它的弱引用會被清除，這個Product對象隨即會被回收，指向它的弱引用對象會進入引用隊列中。

引用隊列

下面我們來簡單地介紹下引用隊列的概念。實際上，WeakReference類有兩個構造函數：

//
創建一個指向給定對象的弱引用
 WeakReference(T referent) 
 //
創建一個指向給定對象并且登記到給定引用隊列的弱引用
 WeakReference(T referent, ReferenceQueue<? super T> q)

我們可以看到第二個構造方法中提供了一個ReferenceQueue類型的參數，通過提供這個參數，我們便把創建的弱引用對象注冊到了一個引用隊列上，這樣當它被垃圾回收器清除時，就會把它送入這個引用隊列中，我們便可以對這些被清除的弱引用對象進行統一管理。