Java中利用软引用和弱引用来避免oom

2023-08-15 13:28:52

本文的目录大纲：

一.了解强引用、软引用、弱引用、虚引用的概念
二.进一步理解软引用和弱引用
三.如何利用软引用和弱引用解决OOM问题

如果有不正之处，希望谅解和批评指正，不胜感激。请尊重作者劳动成果，转载请标明原文链接：

一，了解强引用、软引用、弱引用、虚引用的概念

在Java中，虽然不需要程序员手动去管理对象的生命周期，但是如果希望某些对象具备一定的生命周期的话（比如内存不足时JVM就会自动回收某些对象从而避免OutOfMemory的错误）就需要用到软引用和弱引用了。

从Java SE2开始，就提供了四种类型的引用：强引用、软引用、弱引用和虚引用。Java中提供这四种引用类型主要有两个目的：第一是可以让程序员通过代码的方式决定某些对象的生命周期；第二是有利于JVM进行垃圾回收。下面来阐述一下这四种类型引用的概念：

1.强引用（StrongReference）

强引用就是指在程序代码之中普遍存在的，比如下面这段代码中的object和str都是强引用：

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

只要某个对象有强引用与之关联，JVM必定不会回收这个对象，即使在内存不足的情况下，JVM宁愿抛出OutOfMemory错误也不会回收这种对象。比如下面这段代码：

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

当运行至Object[] objArr = new Object[1000];这句时，如果内存不足，JVM会抛出OOM错误也不会回收object指向的对象。不过要注意的是，当fun1运行完之后，object和objArr都已经不存在了，所以它们指向的对象都会被JVM回收。

如果想中断强引用和某个对象之间的关联，可以显示地将引用赋值为null，这样一来的话，JVM在合适的时间就会回收该对象。

比如Vector类的clear方法中就是通过将引用赋值为null来实现清理工作的：

/**
     * 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;
    }

2.软引用（SoftReference）

软引用是用来描述一些有用但并不是必需的对象，在Java中用java.lang.ref.SoftReference类来表示。对于软引用关联着的对象，只有在内存不足的时候JVM才会回收该对象。因此，这一点可以很好地用来解决OOM的问题，并且这个特性很适合用来实现缓存：比如网页缓存、图片缓存等。

软引用可以和一个引用队列（ReferenceQueue）联合使用，如果软引用所引用的对象被JVM回收，这个软引用就会被加入到与之关联的引用队列中。下面是一个使用示例：

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）

弱引用也是用来描述非必需对象的，当JVM进行垃圾回收时，无论内存是否充足，都会回收被弱引用关联的对象。在java中，用java.lang.ref.WeakReference类来表示。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进行垃圾回收
        System.out.println(sr.get());
    }
}

输出结果为：

hello
null

第二个输出结果是null，这说明只要JVM进行垃圾回收，被弱引用关联的对象必定会被回收掉。不过要注意的是，这里所说的被弱引用关联的对象是指只有弱引用与之关联，如果存在强引用同时与之关联，则进行垃圾回收时也不会回收该对象（软引用也是如此）。

弱引用可以和一个引用队列（ReferenceQueue）联合使用，如果弱引用所引用的对象被JVM回收，这个软引用就会被加入到与之关联的引用队列中。

4.虚引用（PhantomReference）

虚引用和前面的软引用、弱引用不同，它并不影响对象的生命周期。在java中用java.lang.ref.PhantomReference类表示。如果一个对象与虚引用关联，则跟没有引用与之关联一样，在任何时候都可能被垃圾回收器回收。

要注意的是，虚引用必须和引用队列关联使用，当垃圾回收器准备回收一个对象时，如果发现它还有虚引用，就会把这个虚引用加入到与之关联的引用队列中。程序可以通过判断引用队列中是否已经加入了虚引用，来了解被引用的对象是否将要被垃圾回收。如果程序发现某个虚引用已经被加入到引用队列，那么就可以在所引用的对象的内存被回收之前采取必要的行动。

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.进一步理解软引用和弱引用

对于强引用，我们平时在编写代码时经常会用到。而对于其他三种类型的引用，使用得最多的就是软引用和弱引用，这2种既有相似之处又有区别。它们都是用来描述非必需对象的，但是被软引用关联的对象只有在内存不足时才会被回收，而被弱引用关联的对象在JVM进行垃圾回收时总会被回收。

在SoftReference类中，有三个方法，两个构造方法和一个get方法（WekReference类似）：

两个构造方法：

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

get方法用来获取与软引用关联的对象的引用，如果该对象被回收了，则返回null。

在使用软引用和弱引用的时候，我们可以显示地通过System.gc()来通知JVM进行垃圾回收，但是要注意的是，虽然发出了通知，JVM不一定会立刻执行，也就是说这句是无法确保此时JVM一定会进行垃圾回收的。

三.如何利用软引用和弱引用解决OOM问题

前面讲了关于软引用和弱引用相关的基础知识，那么到底如何利用它们来优化程序性能，从而避免OOM的问题呢？

下面举个例子，假如有一个应用需要读取大量的本地图片，如果每次读取图片都从硬盘读取，则会严重影响性能，但是如果全部加载到内存当中，又有可能造成内存溢出，此时使用软引用可以解决这个问题。

设计思路是：用一个HashMap来保存图片的路径和相应图片对象关联的软引用之间的映射关系，在内存不足时，JVM会自动回收这些缓存图片对象所占用的空间，从而有效地避免了OOM的问题。在Android开发中对于大量图片下载会经常用到。

下面这段代码是摘自博客：

[Android] Android开发优化之——使用软引用和弱引用_::: 移动互联网时代开发者 :::-CSDN博客_android 软引用

private Map<String, SoftReference<Bitmap>> imageCache = new HashMap<String, SoftReference<Bitmap>>();
<br>....
public void addBitmapToCache(String path) {
 
        // 强引用的Bitmap对象
 
        Bitmap bitmap = BitmapFactory.decodeFile(path);
 
        // 软引用的Bitmap对象
 
        SoftReference<Bitmap> softBitmap = new SoftReference<Bitmap>(bitmap);
 
        // 添加该对象到Map中使其缓存
 
        imageCache.put(path, softBitmap);
 
    }
 
 public Bitmap getBitmapByPath(String path) {
 
        // 从缓存中取软引用的Bitmap对象
 
        SoftReference<Bitmap> softBitmap = imageCache.get(path);
 
        // 判断是否存在软引用
 
        if (softBitmap == null) {
 
            return null;
 
        }
 
        // 取出Bitmap对象，如果由于内存不足Bitmap被回收，将取得空
 
        Bitmap bitmap = softBitmap.get();
 
        return bitmap;
 
    }

当然这里我们把缓存替换策略交给了JVM去执行，这是一种比较简单的处理方法。复杂一点的缓存，我们可以自己单独设计一个类，这里面就涉及到缓存策略的问题了，具体可以参考之前的一篇博文：《缓存算法（页面置换算法）-FIFO、LFU、LRU 》

参考资料：

《深入理解JVM虚拟机》

[Android] Android开发优化之——使用软引用和弱引用_::: 移动互联网时代开发者 :::-CSDN博客_android 软引用

Java垃圾回收机制_zsuguangh的专栏-CSDN博客_java垃圾回收机制

Android 解决图片大量下载：软引用必须懂4点 - 51CTO.COM

码农公寓

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一，了解 强引用、软引用、弱引用、虚引用的概念

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