【JVM】强、软、弱、虚引用

Java 的四种引用类型

Java 从 JDK 1.2 开始引入 java.lang.ref 包，提供了四种引用强度递减的引用类型，用于更灵活地控制对象的生命周期和垃圾回收行为。

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一、强引用（Strong Reference）

最常见的引用方式，就是普通的对象赋值。

Object obj = new Object();  // obj 就是强引用

特点：

• 只要强引用还存在，GC 绝不会回收被引用的对象
• 即使内存不足导致 OOM，也不会回收强引用对象
• 强引用是造成内存泄漏的主要原因

内存泄漏示例：

List<byte[]> list = new ArrayList<>();
while (true) {
    list.add(new byte[1024 * 1024]);  // 强引用累积，最终 OOM
}

打破强引用： 显式置空 obj = null，或让其超出作用域。

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二、软引用（SoftReference）

用于描述一些"有用但非必需"的对象，适合做缓存。

SoftReference<byte[]> softRef = new SoftReference<>(new byte[1024 * 1024]);
byte[] data = softRef.get();  // 获取对象，可能为 null

回收策略：

• 内存充足时：不会被回收
• 内存不足时（即将 OOM 前）：GC 会回收软引用对象
• 回收后 get() 返回 null

典型用途： 图片缓存、网页缓存等对内存敏感的场景。

// 软引用缓存示例
Map<String, SoftReference<BufferedImage>> cache = new HashMap<>();

BufferedImage getImage(String path) {
    SoftReference<BufferedImage> ref = cache.get(path);
    BufferedImage img = (ref != null) ? ref.get() : null;
    if (img == null) {
        img = loadFromDisk(path);
        cache.put(path, new SoftReference<>(img));
    }
    return img;
}

⚠️ 注意：软引用可与 ReferenceQueue 配合，在对象被回收后收到通知。

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三、弱引用（WeakReference）

比软引用更弱，只要发生 GC，无论内存是否充足都会被回收。

WeakReference<Object> weakRef = new WeakReference<>(new Object());
Object obj = weakRef.get();  // GC 后可能为 null

特点：

• 生命周期短暂，只能存活到下一次 GC 之前
• 一旦 GC 发生，弱引用对象立即被回收

典型用途：

• ThreadLocal 中的 ThreadLocalMap 的 key 使用弱引用
• WeakHashMap（key 为弱引用，key 被回收后 entry 自动移除）
• 避免内存泄漏的监听器/回调注册

// WeakHashMap 示例：key 被 GC 后 entry 自动消失
WeakHashMap<Object, String> map = new WeakHashMap<>();
Object key = new Object();
map.put(key, "value");
key = null;          // 断开强引用
System.gc();         // 触发 GC
// 此时 map 中的 entry 会被移除

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四、虚引用（PhantomReference）

最弱的引用，形同虚设。

ReferenceQueue<Object> queue = new ReferenceQueue<>();
Object obj = new Object();
PhantomReference<Object> phantomRef = new PhantomReference<>(obj, queue);
obj = null;

System.out.println(phantomRef.get());  // 永远返回 null

特点：

• get() 永远返回 null，无法通过虚引用访问对象
• 必须配合 ReferenceQueue 使用
• 唯一作用：在对象被回收时收到一个系统通知，用于在对象销毁前做清理工作
• 对象被回收的时机：虚引用入队时，对象实际上已不可达但尚未真正释放内存（可在此阶段做资源释放）

典型用途：

• 管理堆外内存（如 DirectByteBuffer 的 Cleaner 机制就基于虚引用）
• 替代 finalize() 做对象销毁前的清理

// 虚引用 + 队列：对象被回收时收到通知
ReferenceQueue<byte[]> queue = new ReferenceQueue<>();
PhantomReference<byte[]> ref = new PhantomReference<>(new byte[1024], queue);

new Thread(() -> {
    try {
        Reference<? extends byte[]> r = queue.remove();
        System.out.println("对象即将被回收，做清理工作");
    } catch (InterruptedException e) { }
}).start();

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五、四种引用对比

引用类型	类	GC 回收时机	get()	典型用途
强引用	普通赋值	永不回收（除非不可达）	对象本身	普通对象
软引用	SoftReference	内存不足时回收	可能为 null	内存敏感缓存
弱引用	WeakReference	下次 GC 时回收	可能为 null	WeakHashMap、ThreadLocal
虚引用	PhantomReference	任何时候，配合队列	恒为 null	堆外内存清理、资源回收通知

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六、引用队列（ReferenceQueue）

除强引用外，其余三种引用都可关联 ReferenceQueue。当引用指向的对象被 GC 回收后，引用对象本身会被加入队列，程序可通过轮询队列得知回收事件。

ReferenceQueue<Object> queue = new ReferenceQueue<>();
WeakReference<Object> ref = new WeakReference<>(new Object(), queue);
// GC 后，ref 会被放入 queue
Reference<?> r = queue.poll();  // 获取已回收的引用

关键点：入队的是引用对象（Reference），不是被引用的对象，因为后者已被回收。

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七、补充：finalize() 与虚引用

早期 Java 用 finalize() 做对象销毁前清理，但存在性能差、执行时机不确定、可能导致对象"复活"等问题，已被标记废弃（JDK 9+）。虚引用 + Cleaner 是官方推荐的替代方案。

// JDK 自带的 Cleaner（基于虚引用实现）
Cleaner cleaner = Cleaner.create();
cleaner.register(obj, () -> System.out.println("清理资源"));

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总结一句话

强引用 保命，软引用 挤牙膏（内存不够才丢），弱引用 一碰 GC 就没，虚引用只负责"报丧"（通知回收）。

实际开发中，软引用/弱引用常用于缓存和避免内存泄漏，虚引用多用于底层资源管理，日常业务代码以强引用为主。