Java中一共有4種引用類型(其實還有一些其他的引用類型比如FinalReference)：強引用、軟引用、弱引用、虛引用。
其中強引用就是我們經常使用的Object a = new Object(); 這樣的形式，在Java中並沒有對應的Reference類。
本篇文章主要是分析軟引用、弱引用、虛引用的實現，這三種引用類型都是繼承於Reference這個類，主要邏輯也在Reference中。
問題
在分析前，先拋幾個問題？
1.網上大多數文章對於軟引用的介紹是：在內存不足的時候才會被回收，那內存不足是怎麼定義的？什麼才叫內存不足？
2.網上大多數文章對於虛引用的介紹是：形同虛設，虛引用並不會決定對象的生命週期。主要用來跟蹤對象被垃圾回收器回收的活動。真的是這樣嗎？
3.虛引用在Jdk中有哪些場景下用到了呢？
Reference
一個Reference對象的生命週期如下：
主要分為Native層和Java層兩個部分。
Native層在GC時將需要被回收的Reference對象加入到DiscoveredList中（代碼在referenceProcessor.cpp中process_discovered_references方法），然後將DiscoveredList的元素移動到PendingList中（代碼在referenceProcessor.cpp中enqueue_discovered_ref_helper方法）,PendingList的隊首就是Reference類中的pending對象。
看看Java層的代碼
流程比較簡單：就是源源不斷的從PendingList中提取出元素，然後將其加入到ReferenceQueue中去，開發者可以通過從ReferenceQueue中poll元素感知到對象被回收的事件。
另外需要注意的是，對於Cleaner類型（繼承自虛引用）的對象會有額外的處理：在其指向的對象被回收時，會調用clean方法，該方法主要是用來做對應的資源回收，在堆外內存DirectByteBuffer中就是用Cleaner進行堆外內存的回收，這也是虛引用在java中的典型應用。
看完了Reference的實現，再看看幾個實現類裡，各自有什麼不同。
SoftReference
軟引用的實現很簡單，就多了兩個字段：clock和timestamp。clock是個靜態變量，每次GC時都會將該字段設置成當前時間。timestamp字段則會在每次調用get方法時將其賦值為clock（如果不相等且對象沒被回收）。
那這兩個字段的作用是什麼呢？這和軟引用在內存不夠的時候才被回收，又有什麼關係呢？
這些還得看JVM的源碼才行，因為決定對象是否需要被回收都是在GC中實現的。
refs_lists中存放了本次GC發現的某種引用類型（虛引用、軟引用、弱引用等），而process_discovered_reflist方法的作用就是將不需要被回收的對象從refs_lists移除掉，refs_lists最後剩下的元素全是需要被回收的元素，最後會將其第一個元素賦值給上文提到過的Reference.java#pending字段。
ReferencePolicy一共有4種實現：NeverClearPolicy，AlwaysClearPolicy，LRUCurrentHeapPolicy，LRUMaxHeapPolicy。
其中NeverClearPolicy永遠返回false，代表永遠不回收SoftReference，在JVM中該類沒有被使用，AlwaysClearPolicy則永遠返回true，在referenceProcessor.hpp#setup方法中中可以設置policy為AlwaysClearPolicy，至於什麼時候會用到AlwaysClearPolicy，大家有興趣可以自行研究。
LRUCurrentHeapPolicy和LRUMaxHeapPolicy的should_clear_reference方法則是完全相同：
timestamp_clock就是SoftReference的靜態字段clock，java_lang_ref_SoftReference::timestamp(p)對應是字段timestamp。如果上次GC後有調用SoftReference#get，interval值為0，否則為若干次GC之間的時間差。
_max_interval則代表了一個臨界值，它的值在LRUCurrentHeapPolicy和LRUMaxHeapPolicy兩種策略中有差異
其中SoftRefLRUPolicyMSPerMB默認為1000，前者的計算方法和上次GC後可用堆大小有關，後者計算方法和（堆大小-上次gc時堆使用大小）有關。
看到這裡你就知道SoftReference到底什麼時候被被回收了，它和使用的策略（默認應該是LRUCurrentHeapPolicy），堆可用大小，該SoftReference上一次調用get方法的時間都有關係。
WeakReference
可以看到WeakReference在Java層只是繼承了Reference，沒有做任何的改動。那referent字段是什麼時候被置為null的呢？要搞清楚這個問題我們再看下上文提到過的process_discovered_reflist方法：
不管是弱引用還是其他引用類型，將字段referent置null的操作都發生在process_phase3中，而具體行為是由clear_referent的值決定的。而clear_referent的值則和引用類型相關。
可以看到，對於Soft references和Weak references clear_referent字段傳入的都是true，這也符合我們的預期：對象不可達後，引用字段就會被置為null，然後對象就會被回收（對於軟引用來說，如果內存足夠的話，在Phase 1，相關的引用就會從refs_list中被移除，到Phase 3時refs_list為空集合）。
但對於Final references和 Phantom references，clear_referent字段傳入的是false，也就意味著被這兩種引用類型引用的對象，如果沒有其他額外處理，只要Reference對象還存活，那引用的對象是不會被回收的。Final references和對象是否重寫了finalize方法有關，不在本文分析範圍之內，我們接下來看看Phantom references。
PhantomReference
可以看到虛引用的get方法永遠返回null，我們看個demo。
從以上代碼中可以看到，虛引用能夠在指向對象不可達時得到一個'通知'（其實所有繼承References的類都有這個功能），需要注意的是GC完成後，phanRef.referent依然指向之前創建Object，也就是說Object對象一直沒被回收！
而造成這一現象的原因在上一小節末尾已經說了：對於Final references和 Phantom references，clear_referent字段傳入的時false，也就意味著被這兩種引用類型引用的對象，如果沒有其他額外處理，在GC中是不會被回收的。
對於虛引用來說，從refQueue.remove();得到引用對象後，可以調用clear方法強行解除引用和對象之間的關係，使得對象下次可以GC時可以被回收掉。
End
針對文章開頭提出的幾個問題，看完分析，我們已經能給出回答：
1.我們經常在網上看到軟引用的介紹是：在內存不足的時候才會回收，那內存不足是怎麼定義的？為什麼才叫內存不足？
軟引用會在內存不足時被回收，內存不足的定義和該引用對象get的時間以及當前堆可用內存大小都有關係，計算公式在上文中也已經給出。
2.網上對於虛引用的介紹是：形同虛設，與其他幾種引用都不同，虛引用並不會決定對象的生命週期。主要用來跟蹤對象被垃圾回收器回收的活動。真的是這樣嗎？
嚴格的說，虛引用是會影響對象生命週期的，如果不做任何處理，只要虛引用不被回收，那其引用的對象永遠不會被回收。所以一般來說，從ReferenceQueue中獲得PhantomReference對象後，如果PhantomReference對象不會被回收的話（比如被其他GC ROOT可達的對象引用），需要調用clear方法解除PhantomReference和其引用對象的引用關係。
3.虛引用在Jdk中有哪些場景下用到了呢？
DirectByteBuffer中是用虛引用的子類Cleaner.java來實現堆外內存回收的，後續會寫篇文章來說說堆外內存的裡裡外外。
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