Java 如何有效地避免OOM：善于利用软引用和弱引用

原做者： 海子　　

出处： http://www.cnblogs.com/dolphin0520/　

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想必不少朋友对OOM（OutOfMemory）这个错误不会陌生，而当遇到这种错误如何有效地解决这个问题呢？今天咱们就来讲一下如何利用软引用和弱引用来有效地解决程序中出现的OOM问题。下面是本文的目录大纲：

　　一.了解 强引用、软引用、弱引用、虚引用的概念

　　二.进一步理解软引用和弱引用

　　三.如何利用软引用和弱引用解决OOM问题

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一.了解 强引用、软引用、弱引用、虚引用的概念

　　在Java中，虽然不须要程序员手动去管理对象的生命周期，可是若是但愿某些对象具有必定的生命周期的话（好比内存不足时JVM就会自动回收某些对象从而避免OutOfMemory的错误）就须要用到软引用和弱引用了。

　　从Java SE2开始，就提供了四种类型的引用：强引用、软引用、弱引用和虚引用。Java中提供这四种引用类型主要有两个目的：第一是可让程序员经过代码的方式决定某些对象的生命周期；第二是有利于JVM进行垃圾回收。下面来阐述一下这四种类型引用的概念：

　　1.强引用（StrongReference）

　　强引用就是指在程序代码之中广泛存在的，好比下面这段代码中的object和str都是强引用：

Object object = new Object();
String str = "hello";

　　只要某个对象有强引用与之关联，JVM一定不会回收这个对象，即便在内存不足的状况下，JVM宁愿抛出OutOfMemory错误也不会回收这种对象。好比下面这段代码：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        new Main().fun1();
    }
     
    public void fun1() {
        Object object = new Object();
        Object[] objArr = new Object[1000];
    }
}

      当运行至Object[] objArr = new Object[1000];这句时，若是内存不足，JVM会抛出OOM错误也不会回收object指向的对象。不过要注意的是，当fun1运行完以后，object和objArr都已经不存在了，因此它们指向的对象都会被JVM回收。

　　若是想中断强引用和某个对象之间的关联，能够显示地将引用赋值为null，这样一来的话，JVM在合适的时间就会回收该对象。

　　好比Vector类的clear方法中就是经过将引用赋值为null来实现清理工做的：

/**
     * Removes the element at the specified position in this Vector.
     * Shifts any subsequent elements to the left (subtracts one from their
     * indices).  Returns the element that was removed from the Vector.
     *
     * @throws ArrayIndexOutOfBoundsException if the index is out of range
     *         ({@code index < 0 || index >= size()})
     * @param index the index of the element to be removed
     * @return element that was removed
     * @since 1.2
     */
    public synchronized E remove(int index) {
    modCount++;
    if (index >= elementCount)
        throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);
    Object oldValue = elementData[index];

    int numMoved = elementCount - index - 1;
    if (numMoved > 0)
        System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
                 numMoved);
    elementData[--elementCount] = null; // Let gc do its work

    return (E)oldValue;
    }

 

　　2.软引用（SoftReference）

　　软引用是用来描述一些有用但并非必需的对象，在Java中用java.lang.ref.SoftReference类来表示。对于软引用关联着的对象，只有在内存不足的时候JVM才会回收该对象。所以，这一点能够很好地用来解决OOM的问题，而且这个特性很适合用来实现缓存：好比网页缓存、图片缓存等。

　　软引用能够和一个引用队列（ReferenceQueue）联合使用，若是软引用所引用的对象被JVM回收，这个软引用就会被加入到与之关联的引用队列中。下面是一个使用示例：

import java.lang.ref.SoftReference;
 
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
         
        SoftReference<String> sr = new SoftReference<String>(new String("hello"));
        System.out.println(sr.get());
    }
}

 

　　3.弱引用（WeakReference）

　　弱引用也是用来描述非必需对象的，当JVM进行垃圾回收时，不管内存是否充足，都会回收被弱引用关联的对象。在java中，用java.lang.ref.WeakReference类来表示。下面是使用示例：

import java.lang.ref.WeakReference;
 
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
     
        WeakReference<String> sr = new WeakReference<String>(new String("hello"));
         
        System.out.println(sr.get());
        System.gc();                //通知JVM的gc进行垃圾回收
        System.out.println(sr.get());
    }
}

 

　　输出结果为：

hello
null

 

　　第二个输出结果是null，这说明只要JVM进行垃圾回收，被弱引用关联的对象一定会被回收掉。不过要注意的是，这里所说的被弱引用关联的对象是指只有弱引用与之关联，若是存在强引用同时与之关联，则进行垃圾回收时也不会回收该对象（软引用也是如此）。

　　弱引用能够和一个引用队列（ReferenceQueue）联合使用，若是弱引用所引用的对象被JVM回收，这个软引用就会被加入到与之关联的引用队列中。

　　4.虚引用（PhantomReference）

　　虚引用和前面的软引用、弱引用不一样，它并不影响对象的生命周期。在java中用java.lang.ref.PhantomReference类表示。若是一个对象与虚引用关联，则跟没有引用与之关联同样，在任什么时候候均可能被垃圾回收器回收。

　　要注意的是，虚引用必须和引用队列关联使用，当垃圾回收器准备回收一个对象时，若是发现它还有虚引用，就会把这个虚引用加入到与之 关联的引用队列中。程序能够经过判断引用队列中是否已经加入了虚引用，来了解被引用的对象是否将要被垃圾回收。若是程序发现某个虚引用已经被加入到引用队列，那么就能够在所引用的对象的内存被回收以前采起必要的行动。

import java.lang.ref.PhantomReference;
import java.lang.ref.ReferenceQueue;
 
 
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ReferenceQueue<String> queue = new ReferenceQueue<String>();
        PhantomReference<String> pr = new PhantomReference<String>(new String("hello"), queue);
        System.out.println(pr.get());
    }
}

 

 

二.进一步理解软引用和弱引用

　　对于强引用，咱们平时在编写代码时常常会用到。而对于其余三种类型的引用，使用得最多的就是软引用和弱引用，这2种既有类似之处又有区别。它们都是用来描述非必需对象的，可是被软引用关联的对象只有在内存不足时才会被回收，而被弱引用关联的对象在JVM进行垃圾回收时总会被回收。

　　在SoftReference类中，有三个方法，两个构造方法和一个get方法（WekReference相似）：

　　两个构造方法：

public SoftReference(T referent) {
    super(referent);
    this.timestamp = clock;
}
 
public SoftReference(T referent, ReferenceQueue<? super T> q) {
    super(referent, q);
    this.timestamp = clock;
}

 

　　get方法用来获取与软引用关联的对象的引用，若是该对象被回收了，则返回null。

 　　在使用软引用和弱引用的时候，咱们能够显示地经过System.gc()来通知JVM进行垃圾回收，可是要注意的是，虽然发出了通知，JVM不必定会马上执行，也就是说这句是没法确保此时JVM必定会进行垃圾回收的。

三.如何利用软引用和弱引用解决OOM问题

　　前面讲了关于软引用和弱引用相关的基础知识，那么到底如何利用它们来优化程序性能，从而避免OOM的问题呢？

　　下面举个例子，假若有一个应用须要读取大量的本地图片，若是每次读取图片都从硬盘读取，则会严重影响性能，可是若是所有加载到内存当中，又有可能形成内存溢出，此时使用软引用能够解决这个问题。

　　设计思路是：用一个HashMap来保存图片的路径 和 相应图片对象关联的软引用之间的映射关系，在内存不足时，JVM会自动回收这些缓存图片对象所占用的空间，从而有效地避免了OOM的问题。在Android开发中对于大量图片下载会常常用到。

　　下面这段代码是摘自博客：

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

.....
private Map<String, SoftReference<Bitmap>> imageCache = new HashMap<String, SoftReference<Bitmap>>();
<br>....
public void addBitmapToCache(String path) {
 
        // 强引用的Bitmap对象
 
        Bitmap bitmap = BitmapFactory.decodeFile(path);
 
        // 软引用的Bitmap对象
 
        SoftReference<Bitmap> softBitmap = new SoftReference<Bitmap>(bitmap);
 
        // 添加该对象到Map中使其缓存
 
        imageCache.put(path, softBitmap);
 
    }
 
 public Bitmap getBitmapByPath(String path) {
 
        // 从缓存中取软引用的Bitmap对象
 
        SoftReference<Bitmap> softBitmap = imageCache.get(path);
 
        // 判断是否存在软引用
 
        if (softBitmap == null) {
 
            return null;
 
        }
 
        // 取出Bitmap对象，若是因为内存不足Bitmap被回收，将取得空
 
        Bitmap bitmap = softBitmap.get();
 
        return bitmap;
 
    }

 

　　固然这里咱们把缓存替换策略交给了JVM去执行，这是一种比较简单的处理方法。复杂一点的缓存，咱们能够本身单独设计一个类，这里面就涉及到缓存策略的问题了，具体能够参考以前的一篇博文：《缓存算法（页面置换算法）-FIFO、LFU、LRU》

　　参考资料：

　　《深刻理解JVM虚拟机》

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

　　http://blog.csdn.net/zsuguangh/article/details/6429592

　　http://mobile.51cto.com/abased-406998.htm