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Java如何有效地避免OOM：善于利用軟引用和弱引用

想必很多朋友對(duì)OOM（OutOfMemory）這個(gè)錯(cuò)誤不會(huì)陌生，而當(dāng)遇到這種錯(cuò)誤如何有效地解決這個(gè)問(wèn)題呢？今天我們就來(lái)說(shuō)一下如何利用軟引用和弱引用來(lái)有效地解決程序中出現(xiàn)的OOM問(wèn)題。下面是本文的目錄大綱：

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一.了解 強(qiáng)引用、軟引用、弱引用、虛引用的概念

二.進(jìn)一步理解軟引用和弱引用

三.如何利用軟引用和弱引用解決OOM問(wèn)題

如果有不正之處，希望諒解和批評(píng)指正，不勝感激。

一.了解 強(qiáng)引用、軟引用、弱引用、虛引用的概念

在Java中，雖然不需要程序員手動(dòng)去管理對(duì)象的生命周期，但是如果希望某些對(duì)象具備一定的生命周期的話(huà)（比如內(nèi)存不足時(shí)JVM就會(huì)自動(dòng)回收某些對(duì)象從而避免OutOfMemory的錯(cuò)誤）就需要用到軟引用和弱引用了。

Java SE2開(kāi)始，就提供了四種類(lèi)型的引用：強(qiáng)引用、軟引用、弱引用和虛引用。Java中提供這四種引用類(lèi)型主要有兩個(gè)目的：***是可以讓程序員通過(guò)代碼的方式?jīng)Q定某些對(duì)象的生命周期；第二是有利于JVM進(jìn)行垃圾回收。下面來(lái)闡述一下這四種類(lèi)型引用的概念：

1.強(qiáng)引用（StrongReference）

強(qiáng)引用就是指在程序代碼之中普遍存在的，比如下面這段代碼中的object和str都是強(qiáng)引用：

 
 
 
    
  
  
  
  1. Object object = new Object(); 
    2. 
  
  
  
  2. String str = "hello";
    3.

只要某個(gè)對(duì)象有強(qiáng)引用與之關(guān)聯(lián)，JVM必定不會(huì)回收這個(gè)對(duì)象，即使在內(nèi)存不足的情況下，JVM寧愿拋出OutOfMemory錯(cuò)誤也不會(huì)回收這種對(duì)象。比如下面這段代碼：

 
 
 
    
  
  
  
  1. public class Main { 
    2. 
  
  
  
  2.    public static void main(String[] args) { 
    3. 
  
  
  
  3.        new Main().fun1(); 
    4. 
  
  
  
  4.    } 
    5. 
  
  
  
  5.    public void fun1() { 
    6. 
  
  
  
  6.        Object object = new Object(); 
    7. 
  
  
  
  7.        Object[] objArr = new Object[1000];
    8. 
  
  
  
  8.    } 
    9. 
  
  
  
  9. }
    10.

如果想中斷強(qiáng)引用和某個(gè)對(duì)象之間的關(guān)聯(lián)，可以顯示地將引用賦值為null，這樣一來(lái)的話(huà)，JVM在合適的時(shí)間就會(huì)回收該對(duì)象?！　‘?dāng)運(yùn)行至Object[] objArr = new Object[1000];這句時(shí)，如果內(nèi)存不足，JVM會(huì)拋出OOM錯(cuò)誤也不會(huì)回收object指向的對(duì)象。不過(guò)要注意的是，當(dāng)fun1運(yùn)行完之后，object和objArr都已經(jīng)不存在了，所以它們指向的對(duì)象都會(huì)被JVM回收。

比如Vector類(lèi)的clear方法中就是通過(guò)將引用賦值為null來(lái)實(shí)現(xiàn)清理工作的：

 
 
 
    
  
  
  
  1. /** 
    2. 
  
  
  
  2.     * Removes the element at the specified position in this Vector. 
    3. 
  
  
  
  3.     * Shifts any subsequent elements to the left (subtracts one from their 
    4. 
  
  
  
  4.     * indices).  Returns the element that was removed from the Vector. 
    5. 
  
  
  
  5.     * 
    6. 
  
  
  
  6.     * @throws ArrayIndexOutOfBoundsException if the index is out of range 
    7. 
  
  
  
  7.     *         ({@code index < 0 || index >= size()}) 
    8. 
  
  
  
  8.     * @param index the index of the element to be removed 
    9. 
  
  
  
  9.     * @return element that was removed 
    10. 
  
  
  
  10.     * @since 1.2 
    11. 
  
  
  
  11.     */ 
    12. 
  
  
  
  12.    public synchronized E remove(int index) { 
    13. 
  
  
  
  13.    modCount++; 
    14. 
  
  
  
  14.    if (index >= elementCount) 
    15. 
  
  
  
  15.        throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index); 
    16. 
  
  
  
  16.    Object oldValue = elementData[index]; 
    17. 
  
  
  
  17.    int numMoved = elementCount - index - 1; 
    18. 
  
  
  
  18.    if (numMoved > 0) 
    19. 
  
  
  
  19.        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index, 
    20. 
  
  
  
  20.                 numMoved); 
    21. 
  
  
  
  21.    elementData[--elementCount] = null; // Let gc do its work 
    22. 
  
  
  
  22.    return (E)oldValue; 
    23. 
  
  
  
  23.    }
    24.

2.軟引用（SoftReference）

軟引用是用來(lái)描述一些有用但并不是必需的對(duì)象，在Java中用java.lang.ref.SoftReference類(lèi)來(lái)表示。對(duì)于軟引用關(guān)聯(lián)著的對(duì)象，只有在內(nèi)存不足的時(shí)候JVM才會(huì)回收該對(duì)象。因此，這一點(diǎn)可以很好地用來(lái)解決OOM的問(wèn)題，并且這個(gè)特性很適合用來(lái)實(shí)現(xiàn)緩存：比如網(wǎng)頁(yè)緩存、圖片緩存等。

軟引用可以和一個(gè)引用隊(duì)列（ReferenceQueue）聯(lián)合使用，如果軟引用所引用的對(duì)象被JVM回收，這個(gè)軟引用就會(huì)被加入到與之關(guān)聯(lián)的引用隊(duì)列中。下面是一個(gè)使用示例：

 
 
 
    
  
  
  
  1. import java.lang.ref.SoftReference; 
    2. 
  
  
  
  2. public class Main { 
    3. 
  
  
  
  3.    public static void main(String[] args) { 
    4. 
  
  
  
  4. 
  
  
  
  5.        SoftReference sr = new SoftReference(new String("hello")); 
    6. 
  
  
  
  6.        System.out.println(sr.get()); 
    7. 
  
  
  
  7.    } 
    8. 
  
  
  
  8. }
    9.

3.弱引用（WeakReference）

弱引用也是用來(lái)描述非必需對(duì)象的，當(dāng)JVM進(jìn)行垃圾回收時(shí)，無(wú)論內(nèi)存是否充足，都會(huì)回收被弱引用關(guān)聯(lián)的對(duì)象。在java中，用java.lang.ref.WeakReference類(lèi)來(lái)表示。下面是使用示例：

 
 
 
    
  
  
  
  1. import java.lang.ref.WeakReference; 
    2. 
  
  
  
  2. public class Main { 
    3. 
  
  
  
  3.    public static void main(String[] args) {  
    4. 
  
  
  
  4.        WeakReference sr = new WeakReference(new String("hello")); 
    5. 
  
  
  
  5. 
  
  
  
  6.        System.out.println(sr.get()); 
    7. 
  
  
  
  7.        System.gc();                //通知JVM的gc進(jìn)行垃圾回收 
    8. 
  
  
  
  8.        System.out.println(sr.get()); 
    9. 
  
  
  
  9.    } 
    10. 
  
  
  
  10. }
    11.

輸出結(jié)果為：

 
 
 
    
  
  
  
  1. hello 
    2. 
  
  
  
  2. null
    3.

第二個(gè)輸出結(jié)果是null，這說(shuō)明只要JVM進(jìn)行垃圾回收，被弱引用關(guān)聯(lián)的對(duì)象必定會(huì)被回收掉。不過(guò)要注意的是，這里所說(shuō)的被弱引用關(guān)聯(lián)的對(duì)象是指只有弱引用與之關(guān)聯(lián)，如果存在強(qiáng)引用同時(shí)與之關(guān)聯(lián)，則進(jìn)行垃圾回收時(shí)也不會(huì)回收該對(duì)象（軟引用也是如此）。

弱引用可以和一個(gè)引用隊(duì)列（ReferenceQueue）聯(lián)合使用，如果弱引用所引用的對(duì)象被JVM回收，這個(gè)軟引用就會(huì)被加入到與之關(guān)聯(lián)的引用隊(duì)列中。

4.虛引用（PhantomReference）

虛引用和前面的軟引用、弱引用不同，它并不影響對(duì)象的生命周期。在java中用java.lang.ref.PhantomReference類(lèi)表示。如果一個(gè)對(duì)象與虛引用關(guān)聯(lián)，則跟沒(méi)有引用與之關(guān)聯(lián)一樣，在任何時(shí)候都可能被垃圾回收器回收。

要注意的是，虛引用必須和引用隊(duì)列關(guān)聯(lián)使用，當(dāng)垃圾回收器準(zhǔn)備回收一個(gè)對(duì)象時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)它還有虛引用，就會(huì)把這個(gè)虛引用加入到與之 關(guān)聯(lián)的引用隊(duì)列中。程序可以通過(guò)判斷引用隊(duì)列中是否已經(jīng)加入了虛引用，來(lái)了解被引用的對(duì)象是否將要被垃圾回收。如果程序發(fā)現(xiàn)某個(gè)虛引用已經(jīng)被加入到引用隊(duì)列，那么就可以在所引用的對(duì)象的內(nèi)存被回收之前采取必要的行動(dòng)。

二.進(jìn)一步理解軟引用和弱引用

 
 
 
    
  
  
  
  1. import java.lang.ref.PhantomReference; 
    2. 
  
  
  
  2. import java.lang.ref.ReferenceQueue; 
    3. 
  
  
  
  3. public class Main { 
    4. 
  
  
  
  4.    public static void main(String[] args) { 
    5. 
  
  
  
  5.        ReferenceQueue queue = new ReferenceQueue(); 
    6. 
  
  
  
  6.        PhantomReference pr = new PhantomReference(new String("hello"), queue); 
    7. 
  
  
  
  7.        System.out.println(pr.get()); 
    8. 
  
  
  
  8.    } 
    9. 
  
  
  
  9. }
    10.

對(duì)于強(qiáng)引用，我們平時(shí)在編寫(xiě)代碼時(shí)經(jīng)常會(huì)用到。而對(duì)于其他三種類(lèi)型的引用，使用得最多的就是軟引用和弱引用，這2種既有相似之處又有區(qū)別。它們都是用來(lái)描述非必需對(duì)象的，但是被軟引用關(guān)聯(lián)的對(duì)象只有在內(nèi)存不足時(shí)才會(huì)被回收，而被弱引用關(guān)聯(lián)的對(duì)象在JVM進(jìn)行垃圾回收時(shí)總會(huì)被回收。

在SoftReference類(lèi)中，有三個(gè)方法，兩個(gè)構(gòu)造方法和一個(gè)get方法（WekReference類(lèi)似）：

兩個(gè)構(gòu)造方法：

 
 
 
    
  
  
  
  1. public SoftReference(T referent) { 
    2. 
  
  
  
  2.    super(referent); 
    3. 
  
  
  
  3.    this.timestamp = clock; 
    4. 
  
  
  
  4.    }
    5. 
  
  
  
  5. public SoftReference(T referent, ReferenceQueue q) { 
    6. 
  
  
  
  6.    super(referent, q); 
    7. 
  
  
  
  7.    this.timestamp = clock; 
    8. 
  
  
  
  8.    }
    9.

 在使用軟引用和弱引用的時(shí)候，我們可以顯示地通過(guò)System.gc()來(lái)通知JVM進(jìn)行垃圾回收，但是要注意的是，雖然發(fā)出了通知，JVM不一定會(huì)立刻執(zhí)行，也就是說(shuō)這句是無(wú)法確保此時(shí)JVM一定會(huì)進(jìn)行垃圾回收的?！　et方法用來(lái)獲取與軟引用關(guān)聯(lián)的對(duì)象的引用，如果該對(duì)象被回收了，則返回null。

三.如何利用軟引用和弱引用解決OOM問(wèn)題

前面講了關(guān)于軟引用和弱引用相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)，那么到底如何利用它們來(lái)優(yōu)化程序性能，從而避免OOM的問(wèn)題呢？

下面舉個(gè)例子，假如有一個(gè)應(yīng)用需要讀取大量的本地圖片，如果每次讀取圖片都從硬盤(pán)讀取，則會(huì)嚴(yán)重影響性能，但是如果全部加載到內(nèi)存當(dāng)中，又有可能造成內(nèi)存溢出，此時(shí)使用軟引用可以解決這個(gè)問(wèn)題。

設(shè)計(jì)思路是：用一個(gè)HashMap來(lái)保存圖片的路徑 和 相應(yīng)圖片對(duì)象關(guān)聯(lián)的軟引用之間的映射關(guān)系，在內(nèi)存不足時(shí)，JVM會(huì)自動(dòng)回收這些緩存圖片對(duì)象所占用的空間，從而有效地避免了OOM的問(wèn)題。在Android開(kāi)發(fā)中對(duì)于大量圖片下載會(huì)經(jīng)常用到。

下面這段代碼是摘自博客：

http://blog.csdn.net/arui319/article/details/8489451

 
 
 
    
  
  
  
  1. ..... 
    2. 
  
  
  
  2. private Map> imageCache = new HashMap>(); 
    3. 
  
  
  

  3. .... 
    4. 
  
  
  
  4. public void addBitmapToCache(String path) { 
    5. 
  
  
  
  5.        // 強(qiáng)引用的Bitmap對(duì)象 
    6. 
  
  
  
  6.        Bitmap bitmap = BitmapFactory.decodeFile(path); 
    7. 
  
  
  
  7.        // 軟引用的Bitmap對(duì)象 
    8. 
  
  
  
  8.        SoftReference softBitmap = new SoftReference(bitmap); 
    9. 
  
  
  
  9.        // 添加該對(duì)象到Map中使其緩存 
    10. 
  
  
  
  10.        imageCache.put(path, softBitmap); 
    11. 
  
  
  
  11.    } 
    12. 
  
  
  
  12. public Bitmap getBitmapByPath(String path) { 
    13. 
  
  
  
  13.        // 從緩存中取軟引用的Bitmap對(duì)象 
    14. 
  
  
  
  14.        SoftReference softBitmap = imageCache.get(path); 
    15. 
  
  
  
  15.        // 判斷是否存在軟引用 
    16. 
  
  
  
  16.        if (softBitmap == null) { 
    17. 
  
  
  
  17.            return null; 
    18. 
  
  
  
  18.        } 
    19. 
  
  
  
  19.        // 取出Bitmap對(duì)象，如果由于內(nèi)存不足Bitmap被回收，將取得空 
    20. 
  
  
  
  20.        Bitmap bitmap = softBitmap.get(); 
    21. 
  
  
  
  21.        return bitmap; 
    22. 
  
  
  
  22.    }
    23.

當(dāng)前題目：Java如何有效地避免OOM：善于利用軟引用和弱引用
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