java中为了实现一些特殊的场景，除了一般的强引用外额外设计了三种引用，软引用、弱引用、虚引用。在jdk中有SoftReference、WeakReference、PhantomReference分别对应软引用、弱引用和虚引用，用这几个类来实现这几种引用。
引用和它们的关系
一般来说这几个引用各自用以下场景解释。
强引用：直接通过new创建出来的对象。只要有强引用存在，jvm gc时就不会（不能）回收。
软引用：通过持有SoftReference对象，SoftReference对象再持有目标对象实现的引用。如下图所示，黄色的箭头可以认为软引用。因为这个引用jvm会特殊对待。如果目标对象只通过这一个软引用可达，jvm只有在将要发生OOM的时候，gc才会会回收这个目标对象。在没有被回收之前通过get方法可以得到该目标对象。被回收后get返回null。
弱引用：通过WeakReference实现的引用。与上图类似，如果目标对象只通过这一个弱引用可达，那么jvm在每次gc的时候都会回收这个目标对象。在没有被回收之前get方法可以得到该目标对象的引用。gc后，get方法返回为null。
虚引用：通过PhantomReference实现的引用。与上图类似。不同的是get()方法固定返回null，也就是说无法再获取到这个对象。如果目标对象只有通过这一个虚引用可达，jvm在每次gc的时候都会回收这个对象。
它们的引用强度 强引用 > 软引用 > 弱引用 > 虚引用。如果一个对象有多种类型的引用，按照最强的引用处理规则来处理。例如一个有弱引用的对象同时还有一个强引用，那么这个对象在每次gc的时候就不能回收，当且仅有一个弱引用时，每次gc才会回收。
引用的内部逻辑
SoftReference、WeakReference、PhantomReference除上述的特点外，还有一个重要的设计，就是在gc把对象回收的时候，还可以做一些后置处理的事情。这个逻辑是在父类Reference里实现的。
Reference类中有referent变量，持有目标对象的引用，根据引用类型的不同会被按照相应的规则回收，当目标对象被标记为要回收时，对应Reference的会被gc添加到pending链表上。另一方面在Reference有个守护线程，会轮训pending，从pending链表移除Reference对象并添加到对应的queue队列中，这个queue是在创建Reference对象时（如创建WeakReference时）由用户程序指定的，这样用户程序就可以轮训这个queue，如果queue有对象，说明这个Reference引用对应的目标对象将要被gc，这个时候用户程序可以尝试做些什么。但如果用户没有指定queue，那么守护线程只会从pending链表上移除Reference对象，就没有后继的操作。这个Reference中封装的逻辑是引用管理的最基本的实现机制。
WeakReference的使用
@Test
public void testWeakReference(){
ReferenceQueue<String> queue = new ReferenceQueue<>();
// String str = "WeakReference"; 不能够这样创建str来验证，这样创建出来的对象是个常量，也就是一直有强引用
String str = new String("WeakReference");
WeakReference<String> wr = new WeakReference<>(str, queue);
System.out.println(wr.get());
System.gc();
System.out.println(wr.get());// "WeakReference" 虽然经过gc，但是仍然有str的强引用。不能回收
str = null;// 移除强引用
System.gc();
System.out.println(wr.get());// null ,没有了强引用，经过gc后会回收
}
WeakHashMap的使用
为了更好的理解上述的引用，以java.util.WeakHashMap 例子。WeakHashMap中的Map.Entry继承自WeakReference，对应的key会被赋值到referent上，并且在WeakHashMap中有一个全局的ReferenceQueue赋值到queue上。
Map.Entry中 key 只有弱引用时，经过gc的标记以及Reference类中的逻辑后，全局的queue中会有对应的Map.Entry对象。WeakHashMap中有expunageStaleEntries方法，该方法从queue中取出Map.Entry对象，然后从WeakHashMap的table中移除该Map.Entry对象，既从Map中清除掉了对应的Key、Value。
WeakHashMap的使用
@Test
public void testWeakHashMap(){
Map<String,String> map = new WeakHashMap<>();
// String keyStr = "key"; 不能够这样创建keyStr来验证，这样创建出来的对象是个常量，也就是一直有强引用
String keyStr = new String("key");
String value = "value";
map.put(keyStr,value);
System.out.println(map.get(keyStr));
System.gc();
System.out.println(map.get(keyStr));// 输出为value，经过gc后还存在，因为有强引用keyStr
keyStr = null; // 把强引用移除，再次gc
System.gc();
System.out.println(map.get(new String("key")));// 输出为null
}
ThreadLocal中使用WeakReference和内存泄露。
有时使用ThreadLocal是非常方便的，在ThreadLocal中会存放一些下文可能会使用的数据Data。从实现的源代码上看，用户程序实际上是通过ThreadLocal的实例在Thread中的ThreadLocalMap中存取数据。梳理引用结构如下：
每个线程持有ThreadLocalMap，这个map的key是当前ThreadLocal的实例，value是要存储的数据。假如通过某个ThreadLocal实例放置Data数据实例，ThreadLocalMap.Entry key指向ThreadLocal的实例是弱引用的形式。当用户程序清除了ThreadLocal的强引用，待下次gc时，ThreadLocal的实例会被回收，但是ThreadLocal实例被回收时，并没有通知对应的ThreadLocalMap.Entry回收。通过分析源代码发现，对ThreadLocalMap.Entry的回收时被动的，只有在用户程序在调用ThreadLocal实例的set、get、remove方法的时候，才会触发清理key已经是null的Entry。因此对应的Data仍然有通过Thread实例的强引用存在，不能回收。
只要Thread对象没回收，也就是只要线程还在使用，对应的Data就不会回收，但是由于此时用户程序已经回收了ThreadLocal实例，已经没有办法获取到Data了，Data这时对用户程序来说是无法使用的或者用户程序认为这个Data已经回收了。因此这个Data某种意义上讲是“内存泄露“。
如果用户程序还使用了其他的ThreadLocal实例，通过其他ThreadLocal继续放置临时变量时，才能触发对这个Data的清理。如果用户程序不再使用ThreadLocal了，那么这个Data的泄露会伴随着这个线程的整个一生的。