java中虚引用PhantomReference与弱引用WeakReference（软引用SoftReference）的差别

之前的这篇博客介绍了java中4种引用的差别和使用场景，在最后的总结中提到：

“软引用和弱引用差别不大，JVM都是先把SoftReference和WeakReference中的referent字段值设置成null，之后加入到引用队列；而虚引用则不同，如果某个堆中的对象，只有虚引用，那么JVM会将PhantomReference加入到引用队列中，JVM不会自动将referent字段值设置成null”。这段总结写的比较仓促，也没有给出实际的例子加以佐证。本文主要是重申下这几种引用的差别，并给出实际的例子，让读者清楚的感受到它们的差别。

软引用和弱引用差别不大，JVM都是先将其referent字段设置成null，之后将软引用或弱引用，加入到关联的引用队列中。我们可以认为JVM先回收堆对象占用的内存，然后才将软引用或弱引用加入到引用队列。

而虚引用则不同，JVM不会自动将虚引用的referent字段设置成null，而是先保留堆对象的内存空间，直接将PhantomReference加入到关联的引用队列，也就是说如果我们不手动调用PhantomReference.clear()，虚引用指向的堆对象内存是不会被释放的。

referent是java.lang.ref.Reference类的私有字段，虽然没有暴露出共有API来访问这个字段，但是我们可以通过反射拿到这个字段的值，这样就能知道引用被加入到引用队列的时候，referent到底是不是null。SoftReference和WeakReference是一样的，这里我们以WeakReference为例。

package ref.referent;import java.lang.ref.Reference;import java.lang.ref.ReferenceQueue;import java.lang.ref.WeakReference;import java.lang.reflect.Field;// 会报空指针:WeakReference中的referent被设置成null,之后加入到ReferenceQueuepublic class TestWeakReference{private static volatile boolean isRun = true;private static volatile ReferenceQueue<String> referenceQueue = new ReferenceQueue<String>();public static void main(String[] args) throws Exception{String abc = new String("abc");System.out.println(abc.getClass() + "@" + abc.hashCode());new Thread() {public void run(){while (isRun){Object o = referenceQueue.poll();if (o != null){try{Field rereferent = Reference.class.getDeclaredField("referent");rereferent.setAccessible(true);Object result = rereferent.get(o);System.out.println("gc will collect:"+ result.getClass() + "@"+ result.hashCode());} catch (Exception e){e.printStackTrace();}}}}}.start();// 对象是弱可达的WeakReference<String> weak = new WeakReference<String>(abc,referenceQueue);System.out.println("weak=" + weak);// 清除强引用,触发GCabc = null;System.gc();Thread.sleep(3000);isRun = false;}}

运行这段代码会发现，我们创建的Thread中报空指针异常。当我们清除强引用，触发GC的时候，JVM检测到new String("abc")这个堆中的对象只有WeakReference，那么JVM会释放堆对象的内存，并自动将WeakReference的referent字段设置成null，所以result.getClass()会报空指针异常。

代码与上面类似， 我们将WeakReference替换成PhantomReference：

package ref.referent;import java.lang.ref.PhantomReference;import java.lang.ref.Reference;import java.lang.ref.ReferenceQueue;import java.lang.reflect.Field;// 当PhantomReference加入到ReferenceQueue的时候,目标对象内存空间仍然存在不会被回收.// PhantomReference中的referent字段不会被JVM自动设置成null// 当目标对象的PhantomReference加入到ReferenceQueue的时,此时目标对象是强可达的public class TestPhantomReference{private static volatile boolean isRun = true;private static volatile ReferenceQueue<String> referenceQueue = new ReferenceQueue<String>();public static void main(String[] args) throws Exception{String abc = new String("abc");System.out.println(abc.getClass() + "@" + abc.hashCode());new Thread() {public void run(){while (isRun){Object o = referenceQueue.poll();if (o != null){try{Field rereferent = Reference.class.getDeclaredField("referent");rereferent.setAccessible(true);Object result = rereferent.get(o);System.out.println("gc will collect:"+ result.getClass() + "@"+ result.hashCode());} catch (Exception e){e.printStackTrace();}}}}}.start();// 测试情况1:对象是虚可达的PhantomReference<String> phantom = new PhantomReference<String>(abc,referenceQueue);System.out.println("phantom=" + phantom);// 测试情况2:对象是不可达的,直接就被回收了,不会加入到引用队列// new PhantomReference<String>(abc, referenceQueue);// 清除强引用,触发GCabc = null;System.gc();Thread.sleep(3000);isRun = false;}}

运行这段代码会发现，程序没有报异常，执行结果是:

class java.lang.String@96354phantom=java.lang.ref.PhantomReference@15b7986gc will collect:class java.lang.String@96354

很明显，当PhantomReference加入到引用队列的时候，referent字段的值并不是null，而且堆对象占用的内存空间仍然存在。也就是说对于虚引用，JVM是先将其加入引用队列，当我们从引用队列删除PhantomReference对象之后(此时堆中的对象是unreachable的)，那么JVM才会释放堆对象占用的内存空间。由此可见，使用虚引用有潜在的内存泄露风险，因为JVM不会自动帮助我们释放，我们必须要保证它指向的堆对象是不可达的。从这点来看，虚引用其实就是强引用，当内存不足的时候，JVM不会自动释放堆对象占用的内存。后续的帖子我会进行一些OOM相关的实验，去证明虚引用的确会导致OOM，而软引用和弱引用则不会导致OOM。

小结：

上面的测试代码，只是为了帮助我们看清楚虚引用与软引用/弱引用的不同表现。在实际的开发中，我们是不会通过反射获取referent字段的值，这样做毫无意义，也不值得提倡。