1. Strong Reference

StrongReference 是 Java 的默認引用實現,它會盡可能長時間的存活于 JVM 內， 當沒有任何對象指向它時Java GC 執行后將會被回收

@Test  
public void strongReference() {   
Object referent = new Object();   
   
/**  
 * 通過賦值創建 StrongReference   
 */  
Object strongReference = referent;   
   
assertSame(referent, strongReference);   
   
referent = null;   
System.gc();   
   
/**  
 * StrongReference 在 GC 后不會被回收  
 */  
assertNotNull(strongReference);   
}   
 
 @Test  
 public void strongReference() {  
  Object referent = new Object();  
    
  /**  
   * 通過賦值創建 StrongReference   
   */  
  Object strongReference = referent;  
    
  assertSame(referent, strongReference);  
    
  referent = null;  
  System.gc();  
    
  /**  
   * StrongReference 在 GC 后不會被回收  
   */  
  assertNotNull(strongReference);  
 } 

2. WeakReference & WeakHashMap

WeakReference， 顧名思義,是一個弱引用,當所引用的對象在 JVM 內不再有強引用時, Java GC 后 weak reference 將會被自動回收

@Test  
public void weakReference() {   
Object referent = new Object();   
WeakReference<Object> weakRerference = new WeakReference<Object>(referent);   
 
assertSame(referent, weakRerference.get());   
   
referent = null;   
System.gc();   
   
/**  
 * 一旦沒有指向 referent 的強引用, weak reference 在 GC 后會被自動回收  
 */  
assertNull(weakRerference.get());   
}   
 
 @Test  
 public void weakReference() {  
  Object referent = new Object();  
  WeakReference<Object> weakRerference = new WeakReference<Object>(referent);  
   
  assertSame(referent, weakRerference.get());  
    
  referent = null;  
  System.gc();  
    
  /**  
   * 一旦沒有指向 referent 的強引用, weak reference 在 GC 后會被自動回收  
   */  
  assertNull(weakRerference.get());  
 } 

WeakHashMap 使用 WeakReference 作為 key， 一旦沒有指向 key 的強引用, WeakHashMap 在Java GC 后將自動刪除相關的 entry

@Test  
public void weakHashMap() throws InterruptedException {   
Map<Object, Object> weakHashMap = new WeakHashMap<Object, Object>();   
Object key = new Object();   
Object value = new Object();   
weakHashMap.put(key, value);   
 
assertTrue(weakHashMap.containsValue(value));   
   
key = null;   
System.gc();   
   
/**  
 * 等待無效 entries 進入 ReferenceQueue 以便下一次調用 getTable 時被清理  
 */  
Thread.sleep(1000);   
   
/**  
 * 一旦沒有指向 key 的強引用, WeakHashMap 在 GC 后將自動刪除相關的 entry  
 */  
assertFalse(weakHashMap.containsValue(value));   
}   
 
 @Test  
 public void weakHashMap() throws InterruptedException {  
  Map<Object, Object> weakHashMap = new WeakHashMap<Object, Object>();  
  Object key = new Object();  
  Object value = new Object();  
  weakHashMap.put(key, value);  
   
  assertTrue(weakHashMap.containsValue(value));  
    
  key = null;  
  System.gc();  
    
  /**  
   * 等待無效 entries 進入 ReferenceQueue 以便下一次調用 getTable 時被清理  
   */  
  Thread.sleep(1000);  
    
  /**  
   * 一旦沒有指向 key 的強引用, WeakHashMap 在 GC 后將自動刪除相關的 entry  
   */  
  assertFalse(weakHashMap.containsValue(value));  
 } 

 3. SoftReference

SoftReference 于 WeakReference 的特性基本一致， ***的區別在于 SoftReference 會盡可能長的保留引用直到 JVM 內存不足時才會被回收(虛擬機保證), 這一特性使得 SoftReference 非常適合緩存應用

@Test  
public void softReference() {   
Object referent = new Object();   
SoftReference<Object> softRerference = new SoftReference<Object>(referent);   
 
assertNotNull(softRerference.get());   
   
referent = null;   
System.gc();   
   
/**  
 *soft references 只有在 jvm OutOfMemory 之前才會被回收, 所以它非常適合緩存應用  
 */  
assertNotNull(softRerference.get());   
}   
 
 @Test  
 public void softReference() {  
  Object referent = new Object();  
  SoftReference<Object> softRerference = new SoftReference<Object>(referent);  
   
  assertNotNull(softRerference.get());  
    
  referent = null;  
  System.gc();  
    
  /**  
   *soft references 只有在 jvm OutOfMemory 之前才會被回收, 所以它非常適合緩存應用  
   */  
  assertNotNull(softRerference.get());  
 } 

4. PhantomReference

作為本文主角， Phantom Reference(幽靈引用) 與 WeakReference 和 SoftReference 有很大的不同,因為它的 get() 方法永遠返回 null, 這也正是它名字的由來

@Test  
public void phantomReferenceAlwaysNull() {   
Object referent = new Object();   
PhantomReference<Object> phantomReference = new PhantomReference<Object>(referent, new ReferenceQueue<Object>());   
   
/**  
 * phantom reference 的 get 方法永遠返回 null   
 */  
assertNull(phantomReference.get());   
}   
 
 @Test  
 public void phantomReferenceAlwaysNull() {  
  Object referent = new Object();  
  PhantomReference<Object> phantomReference = new PhantomReference<Object>(referent, new ReferenceQueue<Object>());  
    
  /**  
   * phantom reference 的 get 方法永遠返回 null   
   */  
  assertNull(phantomReference.get());  
 } 

諸位可能要問, 一個永遠返回 null 的 reference 要來何用,請注意構造 PhantomReference 時的第二個參數 ReferenceQueue(事實上 WeakReference & SoftReference 也可以有這個參數)，
PhantomReference 唯一的用處就是跟蹤 referent何時被 enqueue 到 ReferenceQueue 中.

5. RererenceQueue

當一個 WeakReference 開始返回 null 時， 它所指向的對象已經準備被回收， 這時可以做一些合適的清理工作. 將一個 ReferenceQueue 傳給一個 Reference 的構造函數， 當對象被回收時， 虛擬機會自動將這個對象插入到 ReferenceQueue 中， WeakHashMap 就是利用 ReferenceQueue 來清除 key 已經沒有強引用的 entries.

@Test  
public void referenceQueue() throws InterruptedException {   
Object referent = new Object();  
ReferenceQueue<Object> referenceQueue = new ReferenceQueue<Object>();   
WeakReference<Object> weakReference = new WeakReference<Object>(referent, referenceQueue);   
   
assertFalse(weakReference.isEnqueued());   
Reference<? extends Object> polled = referenceQueue.poll();   
assertNull(polled);   
   
referent = null;   
System.gc();   
 
assertTrue(weakReference.isEnqueued());   
Reference<? extends Object> removed = referenceQueue.remove();   
assertNotNull(removed);   
}  
 
 @Test  
 public void referenceQueue() throws InterruptedException {  
  Object referent = new Object();    
  ReferenceQueue<Object> referenceQueue = new ReferenceQueue<Object>();  
  WeakReference<Object> weakReference = new WeakReference<Object>(referent, referenceQueue);  
    
  assertFalse(weakReference.isEnqueued());  
  Reference<? extends Object> polled = referenceQueue.poll();  
  assertNull(polled);  
    
  referent = null;  
  System.gc();  
 
  assertTrue(weakReference.isEnqueued());  
  Reference<? extends Object> removed = referenceQueue.remove();  
  assertNotNull(removed);  
 } 

6.PhantomReferencevs WeakReference

PhantomReference有兩個好處， 其一， 它可以讓我們準確地知道對象何時被從內存中刪除， 這個特性可以被用于一些特殊的需求中(例如 Distributed GC，XWork 和 google-guice 中也使用 PhantomReference 做了一些清理性工作).

其二， 它可以避免 finalization 帶來的一些根本性問題, 上文提到 PhantomReference 的唯一作用就是跟蹤 referent 何時被 enqueue 到 ReferenceQueue 中,但是 WeakReference 也有對應的功能, 兩者的區別到底在哪呢 ?
這就要說到 Object 的 finalize 方法, 此方法將在 gc 執行前被調用, 如果某個對象重載了 finalize 方法并故意在方法內創建本身的強引用,這將導致這一輪的 GC 無法回收這個對象并有可能
引起任意次 GC， ***的結果就是明明 JVM 內有很多 Garbage 卻 OutOfMemory， 使用 PhantomReference 就可以避免這個問題， 因為 PhantomReference 是在 finalize 方法執行后回收的，也就意味著此時已經不可能拿到原來的引用,也就不會出現上述問題,當然這是一個很極端的例子, 一般不會出現.

7. 對比

8. Java GC小結
 一般的應用程序不會涉及到 Reference 編程， 但是了解這些知識會對理解Java GC 的工作原理以及性能調優有一定幫助, 在實現一些基礎性設施比如緩存時也可能會用到， 希望本文能有所幫助.

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