--- title: JVM中篇 date: 2024-08-25 tags: [JVM] --- ## JVM内存管理 在传统的C/C++开发中，我们经常通过使用申请内存的方式来创建对象或是存放某些数据，但是这样也带来了一些额外的问题，我们要在何时释放这些内存，怎么才能使得内存的使用最高效，因此，内存管理是一个非常严肃的问题。 比如我们就可以通过C语言动态申请内存，并用于存放数据： ```C \#include #include int main(){ //动态申请4个int大小的内存空间 int* memory = malloc(sizeof(int) * 4); //修改第一个int空间的值 memory[0] = 10; //修改第二个int空间的值 memory[1] = 2; //遍历内存区域中所有的值 for (int i = 0;i < 4;i++){ printf("%d ", memory[i]); } //释放指针所指向的内存区域 free(memory); //最后将指针赋值为NULL memory = NULL; } ``` 而在Java中，这种操作实际上是不允许的，Java只支持直接使用基本数据类型和对象类型，至于内存到底如何分配，并不是由我们来处理，而是JVM帮助我们进行控制，这样就帮助我们节省很多内存上的工作，虽然带来了很大的便利，但是，一旦出现内存问题，我们就无法像C/C++那样对所管理的内存进行合理地处理，因为所有的内存操作都是由JVM在进行，**只有了解了JVM的内存管理机制，我们才能够在出现内存相关问题时找到解决方案。** ## 内存管理划分 既然要管理内存，那么肯定不会是杂乱无章的，JVM对内存的管理采用的是分区治理，不同的内存区域有着各自的职责所在，在虚拟机运行时，内存区域如下划分：![点击查看图片来源](JVM中篇/CP4yv1iqrfjmXzW.jpg) 我们可以看到，内存区域一共分为5个区域，其中方法区和堆是所有线程共享的区域，随着虚拟机的创建而创建，虚拟机的结束而销毁，而虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器都是线程之间相互隔离的，每个线程都有一个自己的区域，并且线程启动时会自动创建，结束之后会自动销毁。内存划分完成之后，我们的JVM执行引擎和本地库接口，也就是Java程序开始运行之后就会根据分区合理地使用对应区域的内存了。 > 大致划分 详情🔗：[https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/jvms-2.html#jvms-2.5.5](https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/jvms-2.html#jvms-2.5.5) ### 程序计数器 - **目的**：首先我们来介绍一下程序计数器，它和我们的传统8086 CPU中PC寄存器的工作差不多，因为JVM虚拟机目的就是==**实现物理机那样的程序执行**==。在8086 CPU中，PC作为程序计数器，负责储存内存地址，该地址指向下一条即将执行的指令，每解释执行完一条指令，PC寄存器的值就会自动被更新为下一条指令的地址，进入下一个指令周期时，就会根据当前地址所指向的指令，进行执行。 - **作用**：而JVM中的程序计数器可以看做是==**当前线程所执行字节码的行号指示器(记录行号)**==，而行号正好就指的是某一条指令，字节码解释器在工作时也会改变这个值，来指定下一条即将执行的指令，程序计数器因为只需要记录很少的信息，所以只占用很少一部分内存。 - 因为Java的多线程也是依靠时间片轮转算法进行的，因此一个CPU同一时间也只会处理一个线程，当某个线程的时间片消耗完成后，会自动切换到下一个线程继续执行，而==**当前线程的执行位置会被保存到当前线程的程序计数器**==中，当下次轮转到此线程时，又继续根据之前的执行位置继续向下执行。 ### 虚拟机栈 - 虚拟机栈就是一个非常关键的部分，看名字就知道它是一个**栈结构**，每个方法被执行的时候，Java虚拟机都会同步创建一个栈帧（其实就是栈里面的一个元素：**方法栈帧**），栈帧中包括了当前方法的一些信息，比如局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等。 ![image-20230306164822720](JVM中篇/As1NGy6BwhKJ9kY.webp) - 其中局部变量表就是我们方法中的局部变量，之前我们也进行过演示，实际上局部变量表在class文件中就已经定义好了，操作数栈就是我们之前字节码执行时使用到的栈结构； 每个栈帧还保存了一个**可以指向当前方法所在类**的运行时常量池，目的是：当前方法中如果需要调用其他方法的时候，能够从运行时常量池中找到对应的符号引用，然后将符号引用转换为直接引用，然后就能直接调用对应方法，这就是动态链接（我们还没讲到常量池，暂时记住即可，建议之后再回顾一下），最后是方法出口，也就是方法该如何结束，是抛出异常还是正常返回。 - 这里我们来模拟一下整个虚拟机栈的运作流程，我们先编写一个测试类： ```Java public class Main { public static void main(String[] args) { int res = a(); System.out.println(res); } public static int a(){ return b(); } public static int b(){ return c(); } public static int c(){ int a = 10; int b = 20; return a + b; } } ``` 当我们的主方法执行后，会依次执行三个方法`a() -> b() -> c() -> 返回`，我们首先来观察一下反编译之后的结果： ```Plain { public com.test.Main(); \#这个是构造方法 descriptor: ()V flags: ACC_PUBLIC Code: stack=1, locals=1, args_size=1 0: aload_0 1: invokespecial #1 // Method java/lang/Object."":()V 4: return LineNumberTable: line 3: 0 LocalVariableTable: Start Length Slot Name Signature 0 5 0 this Lcom/test/Main; public static void main(java.lang.String[]); \#主方法 descriptor: ([Ljava/lang/String;)V flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC Code: stack=2, locals=2, args_size=1 0: invokestatic #2 // Method a:()I 3: istore_1 4: getstatic #3 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream; 7: iload_1 8: invokevirtual #4 // Method java/io/PrintStream.println:(I)V 11: return LineNumberTable: line 5: 0 line 6: 4 line 7: 11 LocalVariableTable: Start Length Slot Name Signature 0 12 0 args [Ljava/lang/String; 4 8 1 res I public static int a(); descriptor: ()I flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC Code: stack=1, locals=0, args_size=0 0: invokestatic #5 // Method b:()I 3: ireturn LineNumberTable: line 10: 0 public static int b(); descriptor: ()I flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC Code: stack=1, locals=0, args_size=0 0: invokestatic #6 // Method c:()I 3: ireturn LineNumberTable: line 14: 0 public static int c(); descriptor: ()I flags: ACC_PUBLIC, ACC_STATIC Code: stack=2, locals=2, args_size=0 0: bipush 10 2: istore_0 3: bipush 20 5: istore_1 6: iload_0 7: iload_1 8: iadd 9: ireturn LineNumberTable: line 18: 0 line 19: 3 line 20: 6 LocalVariableTable: Start Length Slot Name Signature 3 7 0 a I 6 4 1 b I } ``` 可以看到在编译之后，我们整个方法的最大操作数栈深度、局部变量表都是已经确定好的，当我们程序开始执行时，会根据这些信息封装为对应的栈帧，我们从`main`方法开始看起： ![image-20230306164838564](JVM中篇/rRtxbFZXDkmGci4.webp) 接着我们继续往下，到了 `0: invokestatic #2 // Method a:()I`时，需要调用方法`a()`，这时当前方法就不会继续向下运行了，而是去执行方法`a()`，那么同样的，将此方法也入栈，注意是放入到栈顶位置，`main`方法的栈帧会被压下去： ![image-20230306164848411](JVM中篇/SZJWH8l5xByTjr7.webp) 这时，进入方法a之后，又继而进入到方法b，最后在进入c，因此，到达方法c的时候，我们的虚拟机栈变成了： ![image-20230306164859169](https://oss.itbaima.cn/internal/markdown/2023/03/06/FdS8U4lHVjCLKwD.png) 现在我们依次执行方法c中的指令，最后返回a+b的结果，在方法c返回之后，也就代表方法c已经执行结束了，栈帧4会自动出栈，这时栈帧3就得到了上一栈帧返回的结果，并继续执行，但是由于紧接着马上就返回，所以继续重复栈帧4的操作，此时栈帧3也出栈并继续将结果交给下一个栈帧2，最后栈帧2再将结果返回给栈帧1，然后栈帧1就可以继续向下运行了，最后输出结果。 ![image-20230306164908882](JVM中篇/FBpxKWIbuY7ftq4.webp) ### 本地方法栈 - 本地方法栈与虚拟机栈作用差不多，这里不多做介绍。 ### 堆 - 堆是整个Java应用程序共享的区域，也是整个虚拟机最大的一块内存空间，而此区域的职责就是**存放和管理对象和数组**，而我们马上要提到的垃圾回收机制也是主要作用于这一部分内存区域。 ### 方法区 - 方法区也是整个Java应用程序共享的区域，它用于存储所有的类信息、常量、静态变量、动态编译缓存等数据，可以大致分为两个部分，一个是**类信息表**，一个是**运行时常量池**。方法区也是我们要重点介绍的部分。 ![image 53.png](JVM中篇/image53.png) - 首先类信息表中存放的是当前应用程序加载的所有类信息，包括类的版本、字段、方法、接口等信息，同时会将编译时生成的常量池数据全部存放到运行时常量池中。当然，常量也并不是只能从类信息中获取，==在程序运行时，也有可能会有新的常量进入到常量池==。 - 其实我们的String类正是利用了常量池进行优化，这里我们编写一个测试用例： ```Java public static void main(String[] args) { String str1 = new String("abc"); String str2 = new String("abc"); System.out.println(str1 == str2); System.out.println(str1.equals(str2)); } ``` 得到的结果也是显而易见的，由于`str1`和`str2`是单独创建的两个对象，那么这两个对象实际上会在堆中存放，保存在不同的地址： ![image-20230306164934743](JVM中篇/tnqFSxzEcB4U9WL.webp) 所以当我们使用`==`判断时，得到的结果`false`，而使用`equals`时因为比较的是值，所以得到`true`。现在我们来稍微修改一下： ```Java public static void main(String[] args) { String str1 = "abc"; String str2 = "abc"; System.out.println(str1 == str2); System.out.println(str1.equals(str2)); } ``` 现在我们没有使用new的形式，而是直接使用双引号创建，那么这时得到的结果就变成了两个`true`，这是为什么呢？这其实是因为我们直接使用双引号赋值，会先在常量池中查找是否存在相同的字符串，若存在，则将引用直接指向该字符串；若不存在，则在常量池中生成一个字符串，再将引用指向该字符串： ![image-20230306164942208](JVM中篇/GTgbpIYdCyK3RLj.webp) 实际上两次调用String类的`intern()`方法，和上面的效果差不多，也是第一次调用会将堆中字符串复制并放入常量池中，第二次通过此方法获取字符串时，会查看常量池中是否包含，如果包含那么会直接返回常量池中字符串的地址： ```Java public static void main(String[] args) { //不能直接写"abc"，双引号的形式，写了就直接在常量池里面吧abc创好了 String str1 = new String("ab")+new String("c"); String str2 = new String("ab")+new String("c"); System.out.println(str1.intern() == str2.intern()); System.out.println(str1.equals(str2)); } ``` ![image-20230306164954716](JVM中篇/EOC5ilkr396BHNy.webp) 所以上述结果中得到的依然是两个`true`。在JDK1.7之后，稍微有一些区别，在调用`intern()`方法时，当常量池中没有对应的字符串时，不会再进行复制操作，而是将其直接修改为指向当前字符串堆中的的引用：（也就是说，1.7之前是在字符串常量池中，新建一个String对象保存，1.7之后不创建对象，而是使用引用类型，那么该字符串将一直保存在堆中） ![image-20230306165005169](JVM中篇/2fXENphit4OZvVk.webp) ![image 1 31.png](JVM中篇/image131.png) ```Java public static void main(String[] args) { //不能直接写"abc"，双引号的形式，写了就直接在常量池里面吧abc创好了 String str1 = new String("ab")+new String("c"); System.out.println(str1.intern() == str1); } ``` ```Java public static void main(String[] args) { String str1 = new String("ab")+new String("c"); String str2 = new String("ab")+new String("c"); System.out.println(str1 == str1.intern()); System.out.println(str2.intern() == str1); } ``` 所以最后我们会发现，`str1.intern()`和`str1`都是同一个对象，结果为`true`。 - 值得注意的是，在JDK7之后，**字符串常量池从方法区移动到了堆中，**也很好理解，毕竟实例已经在堆内存中 ### 总结 最后我们再来进行一个总结，各个内存区域的用途： - （线程独有）程序计数器：保存当前程序的执行位置。 - （线程独有）虚拟机栈：通过栈帧来**维持方法调用顺序**，帮助控制程序有序运行。 - （线程独有）本地方法栈：同上，作用与本地方法。 - 堆：所有的对象和数组都在这里保存。 - 方法区：类信息、即时编译器的代码缓存、运行时常量池。 当然，这些内存区域划分仅仅是概念上的，具体的实现过程我们后面还会提到。 ## 内存泄漏和栈溢出 - 内存泄漏简单理解，就是==**堆**==**内存不足**，是指当创建过多对象，没有及时进行垃圾回收清空，即存在多个”**泄漏对象**“导致内存不足（`OutOfMemoryError`），称为内存泄漏，数组容量过大也会引起该问题 - 解决方式：可以通过设置堆内存进行调整：`-Xms最小值 -Xmx最大值` - 例子 ```Java public static void main(String[] args) { int[] a = new int[Integer.MAX_VALUE]; } ``` 这里我们申请了一个容量为21亿多的int型数组，显然，如此之大的数组不可能放在我们的堆内存中，所以程序运行时就会这样： ```Java Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Requested array size exceeds VM limit at com.test.Main.main(Main.java:5) ``` 这里得到了一个`OutOfMemoryError`错误，也就是我们常说的内存溢出错误。我们可以通过参数来控制堆内存的最大值和最小值： ```Plain -Xms最小值 -Xmx最大值 ``` 比如我们现在限制堆内存为固定值1M大小，并且在抛出内存溢出异常时保存当前内存堆转储快照： ![image-20230306165041598](JVM中篇/r5IsmTk3DZfXA26.webp) 注意堆内存不要设置太小，不然连虚拟机都不足以启动， 接着我们编写一个一定会导致内存溢出的程序： ```Java public class Main { public static void main(String[] args) { List list = new ArrayList<>(); while (true){ list.add(new Test()); //无限创建Test对象并丢进List中 } } static class Test{ } } ``` 在程序运行之后： ```Plain java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space Dumping heap to java_pid35172.hprof ... Heap dump file created [12895344 bytes in 0.028 secs] Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:3210) at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:3181) at java.util.ArrayList.grow(ArrayList.java:267) at java.util.ArrayList.ensureExplicitCapacity(ArrayList.java:241) at java.util.ArrayList.ensureCapacityInternal(ArrayList.java:233) at java.util.ArrayList.add(ArrayList.java:464) at com.test.Main.main(Main.java:10) ``` 可以看到错误出现原因正是`Java heap space`，也就是堆内存满了，并且根据我们设定的VM参数，堆内存保存了快照信息。我们可以在IDEA内置的Profiler中进行查看： ![image-20230306165105858](JVM中篇/C71bdyIY2JVpLKz.webp) 可以很明显地看到，在创建了360146个Test对象之后，堆内存蚌埠住了，于是就抛出了内存溢出错 - **栈溢出**是指栈中的栈帧满了，一般是递归过多或无限递归引发的 - 解决方式：修改代码逻辑，设置栈内存`-Xss`来设定栈容量 - 例子 ```Java public class Main { public static void main(String[] args) { test(); } public static void test(){ test(); } } ``` 这很明显是一个永无休止的程序，并且会不断继续向下调用test方法本身，那么按照我们之前的逻辑推导，无限地插入栈帧那么一定会将虚拟机栈塞满，所以，当栈的深度已经不足以继续插入栈帧时，就会这样： ```Plain Exception in thread "main" java.lang.StackOverflowError at com.test.Main.test(Main.java:12) at com.test.Main.test(Main.java:12) at com.test.Main.test(Main.java:12) at com.test.Main.test(Main.java:12) at com.test.Main.test(Main.java:12) at com.test.Main.test(Main.java:12) ....以下省略很多行 ``` 这也是我们常说的栈溢出，它和堆溢出比较类似，也是由于容纳不下才导致的，我们可以使用`-Xss`来设定栈容量。 ## 申请堆外内存 - 除了堆内存可以存放对象数据以外，我们也可以申请堆外内存（直接内存），也就是不受JVM管控的内存区域，这部分区域的内存需要我们自行去申请和释放。 - 实际上本质就是JVM通过C/C++调用`malloc`函数申请的内存，当然得我们自己去释放了。不过虽然是直接内存，不会受到堆内存容量限制，但是依然会受到本机最大内存的限制，所以还是有可能抛出`OutOfMemoryError`异常。 - 这里我们需要提到一个堆外内存操作类：`Unsafe`，就像它的名字一样，虽然Java提供堆外内存的操作类，但是实际上它是不安全的，只有你完全了解底层原理并且能够合理控制堆外内存，才能安全地使用堆外内存（这个类不能直接使用，通过反射获得） - 例子 注意这个类不让我们new，也没有直接获取方式（压根就没想让我们用）： ```Java public final class Unsafe { private static native void registerNatives(); static { registerNatives(); sun.reflect.Reflection.registerMethodsToFilter(Unsafe.class, "getUnsafe"); } private Unsafe() {} private static final Unsafe theUnsafe = new Unsafe(); @CallerSensitive public static Unsafe getUnsafe() { Class caller = Reflection.getCallerClass(); if (!VM.isSystemDomainLoader(caller.getClassLoader())) throw new SecurityException("Unsafe"); //不是JDK的类，不让用。 return theUnsafe; } ``` 所以我们这里就通过反射给他giao出来： ```Java public static void main(String[] args) throws IllegalAccessException { Field unsafeField = Unsafe.class.getDeclaredFields()[0]; unsafeField.setAccessible(true); Unsafe unsafe = (Unsafe) unsafeField.get(null); } ``` 成功拿到Unsafe类之后，我们就可以开始申请堆外内存了，比如我们现在想要申请一个int大小的内存空间，并在此空间中存放一个int类型的数据： ```Java public static void main(String[] args) throws IllegalAccessException { Field unsafeField = Unsafe.class.getDeclaredFields()[0]; unsafeField.setAccessible(true); Unsafe unsafe = (Unsafe) unsafeField.get(null); //申请4字节大小的内存空间，并得到对应位置的地址 long address = unsafe.allocateMemory(4); //在对应的地址上设定int的值 unsafe.putInt(address, 6666666); //获取对应地址上的Int型数值 System.out.println(unsafe.getInt(address)); //释放申请到的内容 unsafe.freeMemory(address); //由于内存已经释放，这时数据就没了 System.out.println(unsafe.getInt(address)); } ``` 我们可以来看一下`allocateMemory`底层是如何调用的，这是一个native方法，我们来看C++源码： ```C++ UNSAFE_ENTRY(jlong, Unsafe_AllocateMemory0(JNIEnv *env, jobject unsafe, jlong size)) { size_t sz = (size_t)size; sz = align_up(sz, HeapWordSize); void* x = os::malloc(sz, mtOther); //这里调用了os::malloc方法 return addr_to_java(x); } UNSAFE_END ``` 接着来看： ```C++ void* os::malloc(size_t size, MEMFLAGS flags) { return os::malloc(size, flags, CALLER_PC); } void* os::malloc(size_t size, MEMFLAGS memflags, const NativeCallStack& stack) { ... u_char* ptr; ptr = (u_char*)::malloc(alloc_size); //调用C++标准库函数 malloc(size) .... // we do not track guard memory return MemTracker::record_malloc((address)ptr, size, memflags, stack, level); } ``` 所以，我们上面的Java代码转换为C代码，差不多就是这个意思： ```C \#include #include int main(){ int * a = malloc(sizeof(int)); *a = 6666666; printf("%d\n", *a); free(a); printf("%d\n", *a); } ``` - 所以说，直接内存实际上就是JVM申请的一块额外的内存空间，但是它并不在受管控的几种内存空间中，当然这些**内存依然属于是JVM的**，由于JVM提供的堆内存会进行垃圾回收等工作，效率不如直接申请和操作内存来得快，一些比较追求极致性能的框架会用到堆外内存来提升运行速度，如nio框架 --- ## 垃圾回收机制 [[垃圾回收机制]] ## 元空间 - JDK8之前，Hotspot虚拟机的方法区实际上是永久代实现的。在JDK8之后，Hotspot虚拟机不再使用永久代，而是采用了全新的元空间。类的元信息被存储在元空间中。元空间没有使用堆内存，而是与堆不相连的本地内存区域。所以，理论上系统可以使用的内存有多大，元空间就有多大，所以不会出现永久代存在时的内存溢出问题。这项改造也是有必要的，永久代的调优是很困难的，虽然可以设置永久代的大小，但是很难确定一个合适的大小，因为其中的影响因素很多，比如类数量的多少、常量数量的多少等。 ![image-20230306165703340](JVM中篇/2RD3AnPvbh1lQ5N.webp) 因此在JDK8时直接将本地内存作为元空间（**Metaspace**）的区域，物理内存有多大，元空间内存就可以有多大，这样永久代的空间分配问题就讲解了，所以最终它变成了这样： ![image-20230306165714662](JVM中篇/iVcYMU9jdn2NC6Z.webp) 到此，我们对于JVM内存区域的讲解就基本完成了。 ## 引用类型 ### 强引用 - 我们知道，在Java中，如果变量是一个对象类型的，那么它实际上存放的是对象的引用，但是如果是一个基本类型，那么存放的就是基本类型的值。实际上我们平时代码中类似于`Object o = new Object()`这样的的引用类型，细分之后可以称为`**强引用**`。 - 我们通过前面的学习可以明确，如果方法中存在这样的`强引用`类型，现在需要回收强引用所指向的对象，那么要么此==方法运行结束，要么引用连接断开==，否则被引用的对象是无法被判定为可回收的，因为我们说不定后面还要使用它。 - 所以，当JVM内存空间不足时，JVM宁愿抛出OutOfMemoryError使程序异常终止，也不会靠随意回收具有强引用的“存活”对象来解决内存不足的问题。 除了强引用之外，Java也为我们提供了三种额外的引用类型。 ### 软引用 - 软引用不像强引用那样不可回收，**当 JVM 认为内存不足时**，会去试图回收软引用指向的对象，即JVM 会确保在抛出 `OutOfMemoryError` 之前，清理软引用指向的对象。当然，如果内存充足，那么是不会轻易被回收的。 - 我们可以通过以下方式来创建一个软引用：使用`**SoftReference**`类 ```Java public class Main { public static void main(String[] args) { //强引用写法：Object obj = new Object(); //软引用写法： SoftReference reference = new SoftReference<>(new Object()); //使用get方法就可以获取到软引用所指向的对象了 System.out.println(reference.get()); } } ``` 可以看到软引用还存在一个带队列的构造方法，软引用可以和一个引用队列（ReferenceQueue）联合使用，如果软引用所引用的对象被垃圾回收器回收，Java虚拟机就会把这个软引用加入到与之关联的引用队列中。 这里进行一个测试，首先我们需要设定一下参数，来限制最大堆内存为10M，并且打印GC日志： ```Plain -XX:+PrintGCDetails -Xms10M -Xmx10M ``` 接着运行以下代码： ```Java public class Main { public static void main(String[] args) { ReferenceQueue queue = new ReferenceQueue<>(); SoftReference reference = new SoftReference<>(new Object(), queue); System.out.println(reference); try{ List list = new ArrayList<>(); while (true) list.add(new String("lbwnb")); }catch (Throwable t){ System.out.println("发生了内存溢出！"+t.getMessage()); System.out.println("软引用对象："+reference.get()); System.out.println(queue.poll()); } } } ``` 运行结果如下： ```Plain java.lang.ref.SoftReference@232204a1 [GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 3943K->501K(4608K)] 3943K->2362K(15872K), 0.0050615 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.01 secs] [GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 3714K->496K(4608K)] 5574K->4829K(15872K), 0.0049642 secs] [Times: user=0.03 sys=0.00, real=0.01 secs] [GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 3318K->512K(4608K)] 7652K->7711K(15872K), 0.0059440 secs] [Times: user=0.03 sys=0.00, real=0.00 secs] [GC (Allocation Failure) --[PSYoungGen: 4608K->4608K(4608K)] 11807K->15870K(15872K), 0.0078912 secs] [Times: user=0.05 sys=0.00, real=0.01 secs] [Full GC (Ergonomics) [PSYoungGen: 4608K->0K(4608K)] [ParOldGen: 11262K->10104K(11264K)] 15870K->10104K(15872K), [Metaspace: 3207K->3207K(1056768K)], 0.0587856 secs] [Times: user=0.24 sys=0.00, real=0.06 secs] [Full GC (Ergonomics) [PSYoungGen: 4096K->1535K(4608K)] [ParOldGen: 10104K->11242K(11264K)] 14200K->12777K(15872K), [Metaspace: 3207K->3207K(1056768K)], 0.0608198 secs] [Times: user=0.25 sys=0.01, real=0.06 secs] [Full GC (Ergonomics) [PSYoungGen: 3965K->3896K(4608K)] [ParOldGen: 11242K->11242K(11264K)] 15207K->15138K(15872K), [Metaspace: 3207K->3207K(1056768K)], 0.0972088 secs] [Times: user=0.58 sys=0.00, real=0.10 secs] [Full GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 3896K->3896K(4608K)] [ParOldGen: 11242K->11225K(11264K)] 15138K->15121K(15872K), [Metaspace: 3207K->3207K(1056768K)], 0.1028222 secs] [Times: user=0.63 sys=0.01, real=0.10 secs] 发生了内存溢出！Java heap space 软引用对象：null java.lang.ref.SoftReference@232204a1 Heap PSYoungGen total 4608K, used 4048K [0x00000007bfb00000, 0x00000007c0000000, 0x00000007c0000000) eden space 4096K, 98% used [0x00000007bfb00000,0x00000007bfef40a8,0x00000007bff00000) from space 512K, 0% used [0x00000007bff00000,0x00000007bff00000,0x00000007bff80000) to space 512K, 0% used [0x00000007bff80000,0x00000007bff80000,0x00000007c0000000) ParOldGen total 11264K, used 11225K [0x00000007bf000000, 0x00000007bfb00000, 0x00000007bfb00000) object space 11264K, 99% used [0x00000007bf000000,0x00000007bfaf64a8,0x00000007bfb00000) Metaspace used 3216K, capacity 4500K, committed 4864K, reserved 1056768K class space used 352K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K ``` 可以看到，当内存不足时，软引用所指向的对象被回收了，所以`get()`方法得到的结果为null，并且软引用对象本身被丢进了队列中。 ### 弱引用 - 弱引用比软引用的生命周期还要短，**在进行垃圾回收时**，不管当前内存空间是否充足，都会回收它的内存。 - 我们可以像这样创建一个弱引用：使用`**WeakReference**`类 ```Java public class Main { public static void main(String[] args) { WeakReference reference = new WeakReference<>(new Object()); System.out.println(reference.get()); } } ``` 使用方法和软引用是差不多的，但是如果我们在这之前手动进行一次GC： ```Java public class Main { public static void main(String[] args) { SoftReference softReference = new SoftReference<>(new Object()); WeakReference weakReference = new WeakReference<>(new Object()); //手动GC System.gc(); System.out.println("软引用对象："+softReference.get()); System.out.println("弱引用对象："+weakReference.get()); } } ``` 可以看到，弱引用对象直接就被回收了，而软引用对象没有被回收。同样的，它也支持ReferenceQueue，和软引用用法一致，这里就不多做介绍了。 `WeakHashMap`正是一种类似于弱引用的HashMap类，如果Map中的Key没有其他引用那么此Map会自动丢弃此键值对。 ```Java public class Main { public static void main(String[] args) { Integer a = new Integer(1); WeakHashMap weakHashMap = new WeakHashMap<>(); weakHashMap.put(a, "yyds"); System.out.println(weakHashMap); a = null; System.gc(); System.out.println(weakHashMap); } } ``` 可以看到，**当变量a的引用断开后**，这时只有WeakHashMap本身对此对象存在引用，所以在GC之后，这个键值对就自动被舍弃了。所以说这玩意，就挺适合拿去做缓存的。 ### 虚引用（鬼引用） - 虚引用相当于没有引用，随时都有可能会被回收。 - 看看它的源码，非常简单：`**PhantomReference**` ```Java public class PhantomReference extends Reference { /** * Returns this reference object's referent. Because the referent of a * phantom reference is always inaccessible, this method always returns * null. * * @return null */ public T get() { return null; } /** * Creates a new phantom reference that refers to the given object and * is registered with the given queue. * *

It is possible to create a phantom reference with a null * queue, but such a reference is completely useless: Its get * method will always return null and, since it does not have a queue, it * will never be enqueued. * * @param referent the object the new phantom reference will refer to * @param q the queue with which the reference is to be registered, * or null if registration is not required */ public PhantomReference(T referent, ReferenceQueue q) { super(referent, q); } } ``` 也就是说我们无论调用多少次`get()`方法得到的永远都是`null`，因为虚引用本身就不算是个引用，相当于这个对象不存在任何引用，并且只能使用带队列的构造方法，以便对象被回收时接到通知 最后，Java中4种引用的级别由高到低依次为： **强引用 > 软引用 > 弱引用 > 虚引用**