有关 SoftReference 的一些事实

2022-08-07 12:23:13

Java 的 SoftReference 有很多年都没有被人惦记了。在 Javadoc 里, 它的描述是这样：

”虚拟机在抛出 OutOfMemoryError 之前会保证所有的软引用对象已被清除。此外，没有任何约束保证软引用将在某个特定的时间点被清除，或者确定一组不同的软引用对象被清除的顺序。不过，虚拟机的具体实现会倾向于不清除最近创建或最近使用过的软引用。“

这个类可以直接被用来实现简单的缓存，这个类或派生的子类也可用于较大的数据结构，来实现更加复杂的缓存。只要软引用可以到达该对象，就是说，该对象实际上是在使用，软引用就不会被清除。这样能够实现一个复杂的缓存，例如，使用强引用来关联最近使用的项目以防止对象被清除，而剩下的项目（使用软引用）抛给垃圾收集器去*衡量。“

这里告诉我们什么？

1. 在你看到 OutOfMemoryError 前，Java 虚拟机一定会回收 SoftReference 对象；

2. Java 不保证 SoftReference 对象何时被清除，相关的机制是 JVM 实现相关的；

3. Java 提供 SoftReference 的期望是更好的实现缓存。

恩，看起来 很好很强大。JVM 会负责保留最近最新使用过的软引用，简直完美。但是，喂喂，有没有人在实际项目里用过 SoftReference 以及仔细观察过它的清除？

结果告诉我，现实是骨感的：

1. 如果你的进程所占的内存不是满到要抛 OutOfMemoryError 的程度，JVM 根本不清理 SoftReference 占用的内存。

2. 软引用对象占用了一大堆内存，更糟糕的是它们都会进入 Old-Gen。这样你的进程会频繁触发 Full GC，但即使这样，JVM 也不一定会清理 SoftReference 占用的内存。

3. 因为 Old-Gen 现在是满负荷工作，你会发现一次 FullGC 的时间变得异常的长。

简直太坑爹了，那 JVM 什么时候才清理 SoftReference 呢？

这里的正确答案是 ”这是 JVM 的*，凡人无法干涉“。恩，尽管凡人无法干涉 JVM，但是可以使点小手段欺骗：

try { 
    Object[] ignored = new Object[(int) Runtime.getRuntime().maxMemory()];
} catch (Throwable e) {
    // Ignore OME
}

（来源：http://*.com/questions/3785713/how-to-make-the-java-system-release-soft-references）

上面这段代码可以让 JVM 立即回收 SoftReference，很猛很暴力。

那么，常见的 JVM，例如 HotSpot 是怎么回收 SoftReference 的呢？谢天谢地，已经有人给出了研究结果：

http://jeremymanson.blogspot.com/2009/07/how-hotspot-decides-to-clear_07.html

直接翻译一下结论，是这样的：

”发生 GC 的时候，是否清理 SoftReference 取决于两个因素：

1. 引用的时间戳；

2. 有多少可用内存。

计算公式非常简单，首先定义：

free_heap - 堆里的空闲内存数量，单位是 MB

interval - 上一次 GC 时间与与引用记录的时间戳之间的时间间隔

ms_per_mb - 是一个毫秒数常量，表示每 MB 空闲堆中保留的 SoftReference 数量。

判定公式是：

interval <= free_heap * ms_per_mb“

其中 ms_per_mb 是一个可以设置的 JVM 参数：-XX:SoftRefLRUPolicyMSPerMB，结合公式很容易看明白，这个参数决定 FullGC 保留的 SoftReference 数量，参数值越大，GC 后保留的软引用对象就越多。

有些博客在推荐 JVM 参数时，建议 -XX:SoftRefLRUPolicyMSPerMB 配置成 0 ，这样可以避免在 GC 后保留 SoftReference。是否这样就可以完全避免软引用回收的问题？我想只有 JVM 知道了。

这里也揭示了 JVM 回收 SoftReference 的算法，注意它并不是真正淘汰最久最少访问的对象，而是根据内存余量，淘汰最近未访问的对象。相比真正的 LRU 淘汰算法，这显得比较粗放。

上面这些事实背后，我的结论是，使用 SoftReference 前需要谨慎考虑：

1. 你的应用的确需要把这些对象保留在 JVM 中，如果内存够用就永不清理吗？

2. 这些软引用对象会不会过分占用内存，导致你的应用内存压力增加，频繁 Full GC?

3. 除了 SoftReference, 你有没有更好管理这些对象的机制？

最后，决定使用 SoftReference 的同学，请三思~

码农公寓

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