Java中的强引用、软引用、弱引用和虚引用详解

在Java中，引用类型决定了对象与垃圾回收器（GC）之间的互动方式。除了常见的强引用，Java还提供了软引用、弱引用和虚引用三种特殊引用类型，它们对应不同的垃圾回收策略。

一、强引用（Strong Reference）
强引用是最常见的引用类型，通过new关键字创建的对象默认都是强引用。

Object obj = new Object(); // obj就是强引用

特点：

• 只要强引用存在，垃圾回收器就永远不会回收被引用的对象
• 当内存不足时，JVM会抛出OutOfMemoryError而不是回收强引用对象
• 显式断开引用：obj = null;

二、软引用（Soft Reference）
软引用用来描述一些还有用但非必需的对象。

SoftReference<Object> softRef = new SoftReference<>(new Object());
Object obj = softRef.get(); // 获取引用的对象

特点：

• 在内存充足时，软引用对象不会被回收
• 当内存不足时，这些对象会被垃圾回收器回收
• 适合用于实现内存敏感的缓存

内存回收过程：

1. 第一次GC后内存仍然不足 → 回收软引用对象
2. 回收后如果内存仍然不足 → 抛出OutOfMemoryError

三、弱引用（Weak Reference）
弱引用比软引用的生命周期更短。

WeakReference<Object> weakRef = new WeakReference<>(new Object());
Object obj = weakRef.get(); // 可能返回null

特点：

• 无论内存是否充足，只要发生垃圾回收，弱引用对象就会被回收
• 通过get()方法获取对象时，可能返回null
• 适合用于实现规范映射（如WeakHashMap）

四、虚引用（Phantom Reference）
虚引用是最弱的一种引用关系，无法通过虚引用获取对象实例。

ReferenceQueue<Object> queue = new ReferenceQueue<>();
PhantomReference<Object> phantomRef = new PhantomReference<>(new Object(), queue);
Object obj = phantomRef.get(); // 总是返回null

特点：

• 虚引用必须与引用队列（ReferenceQueue）联合使用
• get()方法总是返回null
• 唯一作用：对象被回收时收到系统通知
• 虚引用对象被回收前，会放入关联的引用队列中

五、引用队列（ReferenceQueue）的作用
引用队列用于跟踪引用对象的状态变化：

ReferenceQueue<Object> queue = new ReferenceQueue<>();
WeakReference<Object> weakRef = new WeakReference<>(new Object(), queue);

// 监控引用队列
new Thread(() -> {
    try {
        Reference<?> ref = queue.remove();
        System.out.println("对象已被回收");
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}).start();

六、实际应用场景对比

1. 软引用适用场景

   • 图片缓存、网页缓存
   • 需要自动清理的大对象缓存

2. 弱引用适用场景

   • WeakHashMap的键引用
   • 临时性的对象监听器
   • 避免内存泄漏的辅助数据结构

3. 虚引用适用场景

   • 精细化的资源清理
   • 对象回收的监控和日志记录
   • 替代finalize()方法进行资源释放

七、完整示例演示

public class ReferenceExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 软引用示例
        SoftReference<byte[]> softRef = new SoftReference<>(new byte[1024 * 1024]);
        System.out.println("软引用对象：" + softRef.get());
        
        // 弱引用示例
        WeakReference<byte[]> weakRef = new WeakReference<>(new byte[1024]);
        System.gc(); // 触发GC
        System.out.println("弱引用对象：" + weakRef.get()); // 可能为null
        
        // 虚引用示例
        ReferenceQueue<byte[]> queue = new ReferenceQueue<>();
        PhantomReference<byte[]> phantomRef = new PhantomReference<>(new byte[1024], queue);
        System.gc();
        System.out.println("虚引用对象：" + phantomRef.get()); // 总是null
    }
}

理解这四种引用类型的关键在于掌握它们与垃圾回收器的交互方式，从而在不同场景下合理管理内存，避免内存泄漏的同时优化程序性能。