@TryLoveCatch 2022-05-07T16:36:57.000000Z 字数 4851 阅读 2069

Java知识体系之引用类型

Java知识体系

什么对象可以被回收？

引用计数算法

给对象中添加一个引用计数器，每当有一个地方引用它时，计数器值就加1；当引用失效时，计数器值就减1；任何时刻计数器为0的对象就是不可能再被使用的。

优点：简单，高效，现在的objective-c用的就是这种算法。
缺点：很难处理循环引用，相互引用的两个对象则无法释放。

可达性分析算法

这种方案是目前主流语言里采用的对象存活性判断方案。基本思路是把所有引用的对象想象成一棵树，从树的根结点 GC Roots 出发，持续遍历找出所有连接的树枝对象，这些对象则被称为“可达”对象，或称“存活”对象。其余的对象则被视为“死亡”的“不可达”对象，或称“垃圾”。

上图中，object5, object6 和 object7 便是不可达对象，视为“死亡状态”，应该被垃圾回收器回收。

在Java语言里，可作为GC Roots对象的包括如下几种：

虚拟机栈(栈桢中的本地变量表)中的引用的对象
方法区中的类静态属性引用的对象
方法区中的常量引用的对象
本地方法栈中JNI的引用的对象

引用

什么是引用（reference）？

在Java中，一切都被视为对象，引用则是用来操纵对象的途径。

Car myCar = new Car();

创建一个Car的对象，并将这个新建的对象的引用存储在myCar中，此时myCar就是用来操作这个对象的引用。当我们获得myCar，就可以使用这个引用去操作对象中的方法或者字段了。

myCar.run();

注意，当我们尝试在一个未指向任何对象的引用上去操作对象时，就会遇到经典的空指针异常（NullPointerException）。

Car myCar = null;
myCar.run();

GC与内存泄露

Java的一个重要优点就是通过垃圾收集器(Garbage Collection，GC)自动管理内存的回收，开发者不需要通过调用函数来释放内存。在Java中，内存的分配是由程序分配的，而内存的回收是由GC来完成。
GC为了能够正确释放对象，会监控每一个对象的运行状态，包括对象的申请、引用、被引用、赋值等，GC都需要进行监控。监视对象状态是为了更加准确地、及时地释放对象，而释放对象的根本原则就是该对象不再被引用。

在Android中，每一个应用程序对应有一个单独的Dalvik虚拟机实例，而每一个Dalvik虚拟机的大小是固定的（如32M，可以通过ActivityManager.getMemoryClass()获得）。这意味着我们可以使用的内存不是无节制的。所以即使有着GC帮助我们回收无用内存，还是需要在开发过程中注意对内存的引用。否则，就会导致内存泄露。

所谓内存泄漏，我们不再需要的对象资源仍然与GC Roots存在可达路径，导致该资源无法被GC回收。

Android中的对象有着四种引用类型，垃圾回收器对于不同的引用类型有着不同的处理方式。

强引用(StrongReference)

强引用是最普遍的引用。如果一个对象具有强引用，系统JVM垃圾回收绝对不会回收该对象。当内存不足时，Java虚拟机（JVM）宁愿抛出OutOfMemoryError错误，终止程序，也不会随意回收强引用对象来解决内存不足的问题。

对象的强引用可以在程序中到处传递。很多情况下，会同时有多个引用指向同一个对象。

强引用的存在限制了对象在内存中的存活时间。假如对象A中包含了一个对象B的强引用，那么一般情况下，对象B的存活时间就不会短于对象A。如果对象A没有显式的把对象B的引用设为null的话，就只有当对象A被垃圾回收之后，对象B才不再有引用指向它，才可能获得被垃圾回收的机会。

这个特别要注意的就是，在Java中，非静态内部类会在其整个生命周期中持有对它外部类的强引用。

我们举个例子：

public class MainActivity extends Activity {
    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        new MyAsyncTask().execute();
    }
    private class MyAsyncTask extends AsyncTask<Void, Void, Void>{
        @Override
        protected Void doInBackground(Void... params) {
            // 模拟耗时任务
            return null;
        }
        @Override
        protected void onPostExecute(Void aVoid) {
            super.onPostExecute(aVoid);
            // 更新UI
        }
    }
}

这段代码里，MainActivity被销毁时，MyAsyncTask中的耗时任务可能仍没有执行完成，所以MyAsyncTask会一直存活。此时，由于MyAsyncTask持有着其外部类，即MainActivity的引用，将导致MainActivity不能被垃圾回收。如果MainActivity中还持有着Bitmap等大对象，反复进出这个页面几次可能就会出现OOM Crash了。

将对象的引用显示的置为null，可以帮助垃圾收集器回收此对象。

软引用(SoftReference)

软引用用来描述一些还有用但是并非必须的对象，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，表面上看来，软引用非常适合于创建缓存。当系统内存不足的时候，缓存中的内容是可以被释放的。这一点可以很好地用来解决OOM的问题。

但是，在实践中，使用软引用作为缓存时效率是比较低的，系统并不知道哪些软引用指向的对象应该被回收，哪些应该被保留。过早被回收的对象会导致不必要的工作，比如Bitmap要重新从SdCard或者网络上加载到内存。
在Android开发中，一种更好的选择是使用LruCache。

弱引用(WeakReference)

一般指非必须的对象，比软引用还要弱，它只能生存到下一次垃圾回收前。在垃圾回收器运行的时候，如果对一个对象的所有引用都是弱引用的话，该对象会被回收。

我们调整一下上面例子中的代码，使用弱引用去避免内存泄露：

public class MainActivity extends Activity {
    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        new MyAsyncTask(this).execute();
    }
    private static class MyAsyncTask extends AsyncTask<Void, Void, Void>{
        private WeakReference<MainActivity> mainActivity;    
        public MyAsyncTask(MainActivity mainActivity) {   
            this.mainActivity = new WeakReference<>(mainActivity);            
        }
        @Override
        protected Void doInBackground(Void... params) {
            // 模拟耗时任务
            return null;
        }
        @Override
        protected void onPostExecute(Void aVoid) {
            super.onPostExecute(aVoid);
            if (mainActivity.get() != null){
                // 更新UI
            }
        }
    }
}

大家可以注意到，主要的不同点在于，我们把MyAsyncTask改为了静态内部类，并且其对外部类MainActivity的引用换成了弱引用(WeakReference)。这样，当MainActivity destroy的时候，由于MyAsyncTask是通过弱引用的方式持有MainActivity，所以并不会阻止MainActivity被垃圾回收器回收，也就不会有内存泄露产生了。

有同学可能会对此存疑：如果弱引用在MainActivity destroy之前（即MainActivity正常工作时）被回收，这样不就导致mainActivity.get() == null，无法更新UI了吗？

需要注意的是，GC回收的是对象，在垃圾回收器运行的时候，如果对一个对象的所有引用都是弱引用的话，该对象会被回收。
在MainActivity正常工作时，除了有mainActivity这个弱引用指向MainActivity，还会有其他强引用指向MainActivity（ActivityStack等）。所以，GC扫描的时候，对于MainActivity这个对象并非都是弱引用，GC Roots与MainActivity仍然是强可达的，所以，此时通过mainActivity.get()并不会返回null。

虚引用(PhantomReference)

一个只被虚引用持有的对象可能会在任何时候被GC回收。虚引用对对象的生存周期完全没有影响，也无法通过虚引用来获取对象实例，仅仅能在对象被回收时，得到一个系统通知（只能通过是否被加入到ReferenceQueue来判断是否被GC，这也是唯一判断对象是否被GC的途径）。

总结

ReferenceQueue 引用队列软引用、弱引用和虚引用都可以和它集合使用，如果软引用或者弱引用中的对象被垃圾回收了，java虚拟机会吧这个引用加入到与之关联的引用队列当中。

缓存策略

一般来说，缓存策略主要包含缓存的添加、获取和删除这三类操作。如何添加和获取缓存这个比较好理解，那么为什么还要删除缓存呢？这是因为不管是内存缓存还是硬盘缓存，它们的缓存大小都是有限的。当缓存满了之后，再想其添加缓存，这个时候就需要删除一些旧的缓存并添加新的缓存。

因此LRU(Least Recently Used)缓存算法便应运而生，LRU是近期最少使用的算法，它的核心思想是当缓存满时，会优先淘汰那些近期最少使用的缓存对象。采用LRU算法的缓存有两种：LrhCache和DisLruCache，分别用于实现内存缓存和硬盘缓存，其核心思想都是LRU缓存算法。

LruCache

LruCache是个泛型类，主要算法原理是把最近使用的对象用强引用（即我们平常使用的对象引用方式）存储在 LinkedHashMap 中。当缓存满时，把最近最少使用的对象从内存中移除，并提供了get和put方法来完成缓存的获取和添加操作。

一般我们在图片缓存使用，大致代码如下：

private static final float ONE_MIB = 1024 * 1024;
// 7MB
private static final int CACHE_SIZE = (int) (7 * ONE_MIB);
private LruCache<String, Bitmap> bitmapCache;
this.bitmapCache = new LruCache<String, Bitmap>(CACHE_SIZE) {
    protected int sizeOf(String key, Bitmap value) {
        return value.getByteCount();
    }
    @Override
    protected void entryRemoved(boolean evicted, String key, Bitmap oldValue, Bitmap newValue) {
        ...
    }
};

DiskLruCache

参考

Java中的强引用，软引用，弱引用，虚引用有什么用？
理解Android中的引用类型
 JAVA垃圾回收机制
 LruCache 源码解析
 Android DiskLruCache完全解析，硬盘缓存的最佳方案
 https://blog.csdn.net/ZyClient/article/details/109378125