WeakReference与SoftReference以及结合ReferenceQueue实践整理

四种引用类型概述

强引用 (Strong Reference)：是最常见的引用形式，通常我们通过 new 关键字创建的对象引用都是强引用。只要一个对象有强引用指向它，垃圾回收器就不会回收这个对象

Object obj = new Object();  // obj 是一个强引用

软引用 (Soft Reference)：软引用是比强引用弱一些的引用类型，适合用来实现缓存。只有在内存不足时，垃圾回收器才会回收软引用指向的对象。使用 SoftReference 类来实现。例如：

SoftReference<Object> softRef = new SoftReference<>(new Object());

弱引用 (Weak Reference)：比软引用更弱的引用类型。当垃圾回收器运行时，不论内存是否充足，只要发现某个对象只有弱引用指向它，就会回收该对象。可以使用 WeakReference 类来创建弱引用。例如：

WeakReference<Object> weakRef = new WeakReference<>(new Object());

虚引用 (Phantom Reference)：最弱的引用类型，虚引用（PhantomReference）​：如果一个对象只能被 GC Root虚引用到，则和无法被GC Root引用到时一样。因此，就垃圾回收过程而言，虚引用就像不存在一样，并不会决定对象的生命周期。虚引用主要用来跟踪对象被垃圾回收器回收的活动。

WeakReference与SoftReference区别

WeakReference用于引用那些只有在没有强引用时才能被回收的对象。当一个对象只有WeakReference指向它而没有其他强引用时，垃圾收集器会在下一次进行垃圾回收时将其回收。这意味着，如果只有弱引用指向对象，那么该对象会被认为是不可达的，并在垃圾收集时被回收。
　　WeakReference通常用于构建高效的缓存、观察者模式等场景，其中需要及时回收对象而不会造成内存泄漏。当没有其他强引用指向对象时，这些弱引用指向的对象会被自动清理。

String myObject = new String("Hello");
WeakReference<String> weakReference = new WeakReference<>(myObject);

// 切断强引用
myObject = null;

// 在适当的时机，垃圾收集器会回收对象
// 以下代码中，weakReference.get() 有可能返回 null

SoftReference用于引用可能还有用但并非必需的对象。与弱引用不同的是，当垃圾收集器执行垃圾回收时，只有在内存不足的情况下，才会回收被软引用指向的对象。这使得软引用非常适合实现缓存。
　　在内存充足的情况下，即使只有软引用指向对象，对象仍然保持在内存中。但当内存不足时，垃圾收集器会尝试回收这些被软引用指向的对象，以便释放更多内存。

String myObject = new String("Hello");
SoftReference<String> softReference = new SoftReference<>(myObject);

// 切断强引用
myObject = null;

// 在内存充足的情况下，对象可能仍然存在于软引用中
// 但当内存不足时，垃圾收集器会回收对象
// 以下代码中，softReference.get() 在内存不足时可能返回 null

WeakReference适合用于只有在没有强引用时才能被回收的对象。
SoftReference适合用于在内存不足时才被回收的对象，通常用于实现缓存等功能。
　　请注意，在使用WeakReference和SoftReference时，需要根据具体情况小心地处理引用对象为空的情况，因为它们在垃圾回收时有可能返回null。

ReferenceQueue详解

问题

如果一个对象只有软引用或者弱引用，则它随时可能会被 JVM垃圾回收掉。这会给我们带来的问题是我们在使用时根本无法知道它是否还存在。
可是，有时我们需要知道被软引用或者弱引用的对象在何时被回收，以便进行一些后续的处理工作。ReferenceQueue类便提供了这样的功能。ReferenceQueue本身是一个列表，我们可以在创建软引用或者弱引用的包装对象时传入该列表。这样，当 JVM 回收被包装的对象时，会将其包装类加入 ReferenceQueue类中。

生活场景类比

想象你是一家大型图书馆的管理员，图书馆里有许多书籍供读者借阅和使用。你知道这些书籍并不永远留在书架上，有时候读者借阅了书籍后就会离开，把书带走。为了保持图书馆的秩序，你需要知道哪些书已经离开图书馆，并安排人手把书的位置腾空，以供新的书籍存放。
图书馆的书籍：代表内存中的对象。它们可以被“读者”（即程序中的引用）持有或者放回。
读者离开图书馆时归还书籍：就像对象被垃圾回收一样，书籍不再被使用或占有。
ReferenceQueue（通知队列）：你设立了一个专门的通知队列，当一本书离开图书馆时，图书馆的系统会通知这个队列，告诉管理员这本书的位置已经空出来了，需要清理或重新分配空间。
• 每当有读者借走书籍（对象被引用），这本书就暂时不属于书架（内存中）。
• 当这本书被归还（对象变得不可达，被垃圾回收）时，系统会通知 ReferenceQueue，让管理员知道某个位置已经空出来了。
• 管理员检查 ReferenceQueue，发现有书的位置空出来了，就会把这个位置清理，腾出空间供其他书籍使用。
ReferenceQueue 的用途和作用：在垃圾回收发生时用来通知程序哪些对象已经被回收，并在需要时执行后续操作，比如清理或释放资源。

代码实例

   public static void main(String[] args) {
        simpleRef();
        refWithReferenceQueue();
    }

    private static void simpleRef() {
        // 通过等号直接建立的引用都是强引用
        User user = new User();

        // 通过SoftReference建立的引用是软引用
        SoftReference<User> softRefUser =new SoftReference<>(new User());

        // 通过WeakReference建立的引用是弱引用
        WeakReference<User> weakRefUser = new WeakReference<>(new User());
    }

    private static void refWithReferenceQueue() {
        // 创建ReferenceQueue
        ReferenceQueue<Object> referenceQueue = new ReferenceQueue<>();
        // 用来存储弱引用的目标对象
        List<WeakReference> weakRefUserList = new ArrayList<>();
        // 创建大量的弱引用对象，交给weakRefUserList引用
        for (int i =0 ; i< 1000000; i++) { // 模拟内存不足
            // 创建弱引用对象，并在此过程中传入ReferenceQueue
            WeakReference<User> weakReference = new WeakReference(new User(Math.round(Math.random() * 1000)),referenceQueue);
            // 引用弱引用对象
            weakRefUserList.add(weakReference);
        }
        WeakReference weakReference;
        Integer count = 0;
        // 处理被回收的弱引用
        while ((weakReference = (WeakReference) referenceQueue.poll()) != null) {
            // 虽然弱引用存在，但是引用的目标对象已经为空
            System.out.println("JVM 清理了：" + weakReference + ", 从WeakReference中取出对象值为：" + weakReference.get());
            count ++;
        }
        // 被回收的弱引用总数
        System.out.println("weakReference中的元素数目为：" + count);
        // 在弱引用的目标对象不被清理时，可以引用到目标对象
        System.out.println("在不被清理的情况下，可以从WeakReference中取出对象值为：" +
                new WeakReference(new User(Math.round(Math.random() * 1000)),referenceQueue).get());
    }

   static   class User {
        private long id;

        public User() {
        }

        public User(long id) {
            this.id = id;
        }

        @Override
        public String toString() {
            return "User:" + id;
        }
    }

使用场景

【1】内存敏感的缓存：使用 SoftReference 来实现缓存机制，可以让应用在内存不足时自动回收缓存对象。例如，图像缓存、数据缓存等，当内存紧张时，JVM 会自动回收不再被强引用的缓存对象，从而减少内存占用。
【2】对象池管理：在对象池的实现中，使用 SoftReference 来保持对象的引用，以便在需要时快速获取对象。在内存紧张时，这些对象可以被回收，从而优化内存使用和性能。
【3】大型数据集处理：在处理大型数据集时，可以使用 SoftReference 存储中间结果。这样在内存不足时，可以让这些中间结果被回收，而不是占用大量内存，避免因内存溢出导致的崩溃。
【4】图形应用程序中的图像缓冲：在图形界面应用程序中，可以使用 SoftReference 来缓存图像。当内存不足时，图像可以被回收以释放内存，从而使应用能够继续运行而不至于崩溃。
【5】自定义数据结构：在自定义数据结构（如 LRU 缓存）中，可以使用 SoftReference 作为值来保存不常用的数据项。当内存紧张时，自动释放不再需要的数据，确保结构的内存占用保持在合理范围内。