摘要：當(dāng)一個(gè)對(duì)象被一個(gè)或一個(gè)以上的引用變量所引用時(shí)，它處于可達(dá)狀態(tài)，不可能被系統(tǒng)垃圾回收機(jī)制回收。虛引用主要用于跟蹤對(duì)象被垃圾回收的狀態(tài)，虛引用不能多帶帶使用，虛引用必須和引用隊(duì)列聯(lián)合使用。

當(dāng)程序創(chuàng)建對(duì)象、數(shù)組等引用類型實(shí)體時(shí)，系統(tǒng)都會(huì)在堆內(nèi)存中為之分配一塊內(nèi)存區(qū)，對(duì)象就保存在這塊內(nèi)存區(qū)中，當(dāng)這塊內(nèi)存不再被任何引用變量引用時(shí)，這塊內(nèi)存就變成垃圾，等待垃圾回收機(jī)制進(jìn)行回收。垃圾回收機(jī)制具有如下特征。

垃圾回收機(jī)制只負(fù)責(zé)回收內(nèi)存中的對(duì)象，不會(huì)回收任何物理資源（例如數(shù)據(jù)庫連接、網(wǎng)絡(luò)IO等資源）

程序無法精確控制垃圾回收的運(yùn)行，垃圾回收會(huì)在合適的時(shí)候進(jìn)行。

在垃圾回收機(jī)制回收任何對(duì)象之前，總會(huì)先調(diào)用它的finalize()方法，該方法可能使該對(duì)象重新復(fù)活（讓一個(gè)引用變量重新引用該對(duì)象），從而導(dǎo)致垃圾回收機(jī)制取消回收。

當(dāng)一個(gè)對(duì)象在堆內(nèi)存中運(yùn)行時(shí)，根據(jù)它被引用變量所引用的狀態(tài)，可以把它所處的狀態(tài)分成如下三種：

可達(dá)狀態(tài)：當(dāng)一個(gè)對(duì)象被創(chuàng)建后，若有一個(gè)以上的引用變量引用它，則找個(gè)對(duì)象在程序中處于可達(dá)狀態(tài)，程序可通過引用變量來調(diào)用該對(duì)象的實(shí)例變量和方法。

可恢復(fù)狀態(tài)：如果程序中某個(gè)對(duì)象不再有任何引用變量引用它，它就進(jìn)入了可恢復(fù)狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，系統(tǒng)的垃圾回收機(jī)制準(zhǔn)備回收該對(duì)象所占用的內(nèi)存，在回收該對(duì)象之前，系統(tǒng)會(huì)調(diào)用所有可恢復(fù)狀態(tài)對(duì)象的finalize()方法進(jìn)行資源清理。如果系統(tǒng)在調(diào)用finalize()方法時(shí)重新讓一個(gè)引用變量引用該對(duì)象，則這個(gè)對(duì)象會(huì)再次變成可達(dá)狀態(tài)；否則該對(duì)象將進(jìn)入不可達(dá)狀態(tài)。

不可達(dá)狀態(tài)：當(dāng)對(duì)象與所有引用變量的關(guān)聯(lián)都被切斷，且系統(tǒng)已經(jīng)調(diào)用所有對(duì)象的finalize()方法后依然沒有使該對(duì)象變成可達(dá)狀態(tài)，那么這個(gè)對(duì)象將永久性地失去引用，最后變成不可達(dá)狀態(tài)。只有當(dāng)一個(gè)對(duì)象處于不可達(dá)狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)才會(huì)真正回收該對(duì)象所占有的資源。

public class StatusTranfer 
{
    public static void test() 
    {
        String a = new String("知乎、掘金、SegmentFault");
        a = new String("Java");
    }
    public static void main(String[] args) 
    {
        test();
    }
}

當(dāng)程序執(zhí)行test方法的第一行代碼時(shí)，代碼定義了一個(gè)a變量，并讓該變量指向"知乎、掘金、SegmentFault"字符串，該代碼執(zhí)行結(jié)束后"知乎、掘金、SegmentFault"字符串對(duì)象處于可達(dá)狀態(tài)。

當(dāng)程序執(zhí)行test方法的第二行代碼時(shí)，代碼再次創(chuàng)建了"Java"字符串對(duì)象，并讓a變量指向該對(duì)象。此時(shí)"知乎、掘金、SegmentFault"字符串對(duì)象處于可恢復(fù)狀態(tài)，而"Java"字符串處于可達(dá)狀態(tài)。

一個(gè)對(duì)象可以被一個(gè)方法的局部變量引用，也可以被其他類的類變量引用，或被其他對(duì)象的實(shí)例變量引用。當(dāng)某個(gè)對(duì)象被其他類的類變量引用時(shí)，只有該類被銷毀后，該對(duì)象才會(huì)進(jìn)入可恢復(fù)狀態(tài)；當(dāng)某個(gè)對(duì)象被其他對(duì)象的實(shí)例變量引用時(shí)，只有當(dāng)該對(duì)象被銷毀后，該對(duì)象才會(huì)進(jìn)入可恢復(fù)狀態(tài)。

當(dāng)一個(gè)對(duì)象失去引用后，系統(tǒng)何時(shí)調(diào)用它的finalize()方法對(duì)它進(jìn)行資源清理，何時(shí)它會(huì)變成不可達(dá)狀態(tài)，系統(tǒng)何時(shí)回收它所占有的內(nèi)存，對(duì)于程序完全透明。程序只能控制一個(gè)對(duì)象何時(shí)不再被任何引用變量引用，絕不能控制它何時(shí)被回收。

程序強(qiáng)制系統(tǒng)垃圾回收與如下兩種方式

調(diào)用System類的gc()靜態(tài)方法：System.gc()

調(diào)用Runtime對(duì)象的gc()實(shí)例方法：Runtime.getRuntime().gc()

在垃圾回收機(jī)制回收某個(gè)對(duì)象所占用的內(nèi)存之前，通常要求程序調(diào)用適當(dāng)?shù)姆椒▉砬謇碣Y源，在設(shè)有明確清理資源的情況下，Java提供了默認(rèn)機(jī)制來清理該對(duì)象的資源，這個(gè)機(jī)制就是finalize()方法。該方法是定義在Object類里的實(shí)例方法

protected void finalize() throws Throwable

finalize()方法具有如下4個(gè)特點(diǎn)：

永遠(yuǎn)不要主動(dòng)調(diào)用某個(gè)對(duì)象的finalize()方法，該方法應(yīng)交給垃圾回收機(jī)制調(diào)用。

finalize()方法何時(shí)被調(diào)用，是否被調(diào)用具有不確定性，不要把finalize()方法當(dāng)成一定會(huì)被執(zhí)行的方法。

當(dāng)JVM執(zhí)行可恢復(fù)對(duì)象的fianlize()方法時(shí)，可能使該對(duì)象或系統(tǒng)中其他對(duì)象重新編程可達(dá)狀態(tài)。

當(dāng)JVM執(zhí)行finalize()方法時(shí)出現(xiàn)異常時(shí)，垃圾回收機(jī)制不會(huì)報(bào)告異常，程序繼續(xù)執(zhí)行。

public class FinalizeTest 
{
    private static FinalizeTest ft = null;
    public void info()
    {
        System.out.println("測試資源清理的finalize方法");
    }
    public static void main(String[] args) 
    {
        //創(chuàng)建FinalizeTest對(duì)象立即進(jìn)入可恢復(fù)狀態(tài)
        new FinalizeTest();
        //通知系統(tǒng)進(jìn)行資源回收
        System.gc();
        //強(qiáng)制垃圾回收機(jī)制調(diào)用可恢復(fù)對(duì)象的finalize()方法
        Runtime.getRuntime().runFinalization();
        System.runFinalization();
        ft.info();
    }
    public void finalize() 
    {
        //讓tf引用到試圖回收的可恢復(fù)對(duì)象，即可恢復(fù)對(duì)象重新變成可達(dá)
        ft = this;
    }
}

Java程序中最常見的引用方式。程序創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象，并把這個(gè)對(duì)象賦給一個(gè)引用變量，程序通過該引用變量來操作實(shí)際的對(duì)象。當(dāng)一個(gè)對(duì)象被一個(gè)或一個(gè)以上的引用變量所引用時(shí)，它處于可達(dá)狀態(tài)，不可能被系統(tǒng)垃圾回收機(jī)制回收。

通過SoftReference類來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)一個(gè)對(duì)象只有軟引用時(shí)，它有可能被垃圾回收機(jī)制回收。當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)存空間足夠時(shí)，它不會(huì)被系統(tǒng)回收，程序也可使用該對(duì)象；當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)存空間不足時(shí)，系統(tǒng)可能會(huì)回收它。軟引用通常用于對(duì)內(nèi)存敏感的程序中。

通過WeakReference類實(shí)現(xiàn)，弱引用和軟引用很像，但弱引用的引用級(jí)別更低。對(duì)于只有弱引用的對(duì)象而已，當(dāng)系統(tǒng)垃圾回收機(jī)制運(yùn)行時(shí)，不管系統(tǒng)內(nèi)存是否足夠，總會(huì)回收該對(duì)象所占用的內(nèi)存。當(dāng)然，并不是說當(dāng)一個(gè)對(duì)象只有弱引用時(shí)，它就會(huì)立即被回收——正如那些失去引用的對(duì)象一樣，必須等到系統(tǒng)垃圾回收機(jī)制運(yùn)行時(shí)才會(huì)被回收。

通過PhantomReference類實(shí)現(xiàn)，虛引用完全類似于沒有引用。虛引用對(duì)對(duì)象本身沒有太大影響，對(duì)象甚至感覺不到虛引用的存在。如果一個(gè)對(duì)象只有一個(gè)虛引用時(shí)，那么它和沒有引用的效果大致相同。虛引用主要用于跟蹤對(duì)象被垃圾回收的狀態(tài)，虛引用不能多帶帶使用，虛引用必須和引用隊(duì)列(ReferenceQueue)聯(lián)合使用。程序可以通過檢查與虛引用關(guān)聯(lián)的引用隊(duì)列中是否已經(jīng)包含了該虛引用，從而了解虛引用所引用的對(duì)象被系統(tǒng)垃圾回收過程。

上面三個(gè)引用類都包含了一個(gè)get()方法，用于獲取被它們所引用的對(duì)象。

引用隊(duì)列由java.lang.ref.ReferenceQueue類表示，它用于保存被回收后對(duì)象的引用。當(dāng)聯(lián)合使用軟引用、弱引用和引用隊(duì)列時(shí)，系統(tǒng)在回收被引用的對(duì)象之后，將把被回收對(duì)象的引用添加到關(guān)聯(lián)的引用隊(duì)列中。與軟引用和弱引用不同的是，虛引用在對(duì)象被釋放之前，將把它對(duì)應(yīng)的虛引用添加到它關(guān)聯(lián)的引用隊(duì)列中，這使得可以在對(duì)象被回收之前采取行動(dòng)。

public class ReferenceTest 
{
    public static void main(String[] args) throws Exception
    {
        //創(chuàng)建一個(gè)字符串對(duì)象
        String str = new String("克利夫蘭騎士");
        //創(chuàng)建一個(gè)弱引用，讓此弱引用引用到到"克利夫蘭騎士"字符串
        WeakReference wr = new WeakReference(str);     //①
        //切斷str引用和"克利夫蘭騎士"字符串之間的引用
        str = null;                                    //②
        //取出弱引用所引用的對(duì)象
        System.out.println(wr.get());                  //③
        //強(qiáng)制垃圾回收
        System.gc();
        System.runFinalization();
        //再次取出弱引用所引用的對(duì)象
        System.out.println(wr.get());                  //④
    }
}

當(dāng)程序執(zhí)行①行代碼時(shí)，系統(tǒng)創(chuàng)建了一個(gè)弱引用對(duì)象，并讓該對(duì)象和str引用同一個(gè)對(duì)象。
當(dāng)程序執(zhí)行②行代碼時(shí)，程序切斷了str和"克利夫蘭騎士"字符串對(duì)象之間的引用關(guān)系。
當(dāng)程序執(zhí)行③行代碼時(shí)，由于本程序不會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存緊張，此時(shí)程序通常還不會(huì)回收弱引用wr所引用的對(duì)象，因此在③號(hào)代碼處可以看到輸出字符串。
之后，調(diào)用System.gc();和System.runFinalization();通知系統(tǒng)進(jìn)行垃圾回收，如果系統(tǒng)立即進(jìn)行垃圾回收，那么就會(huì)將弱引用wr所引用的對(duì)象回收。在④號(hào)代碼處將看到輸出null。

采用String str = "克利夫蘭騎士";代碼定義字符串時(shí)，系統(tǒng)會(huì)使用常量池來管理這個(gè)字符串直接量（會(huì)使用強(qiáng)引用來引用它），系統(tǒng)不會(huì)回收這個(gè)字符串直接量。

import java.lang.ref.PhantomReference;
import java.lang.ref.ReferenceQueue;

public class PhantomReferenceTest 
{
    public static void main(String[] args) throws Exception
    {
        //創(chuàng)建一個(gè)字符串對(duì)象
        String str = new String("邁阿密熱火");
        //創(chuàng)建一個(gè)引用隊(duì)列
        ReferenceQueue rq = new ReferenceQueue<>();
        //創(chuàng)建一個(gè)虛引用，讓此虛引用引用到"邁阿密熱火"字符串
        PhantomReference pr = new PhantomReference(str, rq);
        //切斷str引用和"邁阿密熱火"字符串之間的引用
        str = null;
        //取出虛引用所引用的對(duì)象，并不能通過虛引用獲取被引用的對(duì)象，所以此處輸出null
        System.out.println(pr.get());            //①
        //強(qiáng)制垃圾回收
        System.gc();
        System.runFinalization();
        //垃圾回收之后，虛引用將被放入引用隊(duì)列中
        //取出引用隊(duì)列中最先進(jìn)入隊(duì)列的引用于pr進(jìn)行比較
        System.out.println(rq.poll() == pr);    //②
    }
}

系統(tǒng)無法通過虛引用來獲取被引用的對(duì)象，所以執(zhí)行①處的輸出語句時(shí)，程序?qū)⑤敵鰊ull（即使此時(shí)并未強(qiáng)制進(jìn)行垃圾回收）。當(dāng)程序強(qiáng)制垃圾回收后，只有虛引用引用的字符串對(duì)象將會(huì)被垃圾回收，當(dāng)被引用的對(duì)象被回收后，對(duì)應(yīng)的虛引用將被添加到關(guān)聯(lián)的引用隊(duì)列中，因此將在②代碼處看到輸出true。

使用這些引用類可以避免在程序執(zhí)行期間將對(duì)象留在內(nèi)存中。如果以軟引用、弱引用或虛引用的方式引用對(duì)象，垃圾回收器就能夠隨意地釋放對(duì)象。如果希望盡可能減小程序在其生命周期中所占用的內(nèi)存大小時(shí)，這些引用類就很有作用。要使用這些引用類，就不能保留對(duì)對(duì)象的強(qiáng)引用；如果保留了對(duì)對(duì)象的強(qiáng)引用，就會(huì)浪費(fèi)這些引用類所提供的任何好處。

//取出弱引用所引用的對(duì)象
obj = wr.get();
//如果取出的對(duì)象為null
if (obj == null) 
{
    //重新創(chuàng)建一個(gè)新的對(duì)象，再次讓弱引用去引用該對(duì)象
    wr = new WeakReference(recreateIt());        //①
    //取出弱引用所引用的對(duì)象，將其賦給obj變量
    obj = wr.get();                                //②
}
...//操作obj對(duì)象
//再次切斷obj和對(duì)象之間的關(guān)聯(lián)
obj = null;

//取出弱引用所引用的對(duì)象
obj = wr.get();
//如果取出的對(duì)象為null
if (obj == null) 
{
    //重新創(chuàng)建一個(gè)新的對(duì)象，再次強(qiáng)引用去引用該對(duì)象
    obj = recreateIt();
    //取出弱引用所引用的對(duì)象，將其賦給obj變量
    wr = new WeakReference(obj);
}
...//操作obj對(duì)象
//再次切斷obj和對(duì)象之間的關(guān)聯(lián)
obj = null;

上面兩段偽代碼，其中recreateIt()方法用于生成一個(gè)obj對(duì)象。
第一段代碼存在一定問題：當(dāng)if塊執(zhí)行完成后，obj還是有可能為null。因?yàn)槔厥盏牟淮_定性，假設(shè)系統(tǒng)在①和②行代碼之間進(jìn)行垃圾回收，則系統(tǒng)會(huì)再次將wr所引用的對(duì)象回收，從而導(dǎo)致obj依然為null。
第二段代碼則不會(huì)出現(xiàn)這個(gè)問題，當(dāng)if塊執(zhí)行結(jié)束后，obj一定不為null。