JAVA中的引用

　　关于值类型和引用类型的话题，C++、JAVA、python、go、C#等等高级语言都有相关的概念，只要理解了其底层工作原理，可以说即使是不同的语言，在面试学习工作实践中都可以信手拈来(不要太纠集语言)，当然此处我选择了JAVA，虽然我是搞C++的，具体原因都懂就不废话了。

一、值类型与引用类型

　　1、变量初始化

int num=10;
String str="hello"

　　

　　2、变量赋值
 　　从上图可以显而易见，num是int基本类型变量，值就直接保存在变量中。str是String引用类型变量，变量中保存的只是实际对象对应的地址信息，而不是实际对象数据。对于而这特性，如下：

num=20;
str="java";

　　对于基本类型变量num，赋值运算符将会直接修改变量的值，原来的数据将被覆盖掉，被替换为新的值。对于引用类型变量str，赋值运算符只会改变变量中所保存的对象的地址信息，原来对象的地址被覆盖掉，重新写入新对象的地址数据。但原来的对象本身并不会被改变，只是不再被任何引用所指向的对象，即“垃圾对象”，后续会被垃圾回收器回收。

　　3、函数传参

    // 基本类型参数，原始value不会被更改
    public void func(int value) {
        value = 100;
    }

    // 对于没有提供修改自身的成员方法引用类型，原始str不会被更改
    public void func(String str) {
        str = "hello";
    }

    StringBuilder sb = new StringBuilder("test");

    // 对于提供修改自身的成员方法引用类型，原始的sBuilder会被更改
    public void func(StringBuilder sBuilder) {
        sBuilder.append("aa");
    }

    // 原始的sBuilder不会被更改
    public void test(StringBuilder sBuilder) {
        sBuilder = new StringBuilder("111");
    }

说明：对于第三种情况：

对于第四种情况：

二、数据存储方式

　　1、局部变量/方法参数

　　对于局部变量和方法传递的参数在jvm中的存储方式是相同的，都是存储在栈上开辟的空间中。方法参数空间在进入方法时开辟，方法退出时进行回收。以32为JVM为例，boolean、byte、short、char、int、float以及对应的引用类型都是分配4字节大小的空间，long、double分配8字节大小空间。对于每一个方法来说，最多占用空间大小是固定的，在编译时就已经确定了。当在方法中声明一个int变量i=0或Object变量obj=null时，此时仅仅在栈上分配空间，不影响到堆空间。当new Object()时，将会在堆中开辟一段内存空间并初始化Object对象。

　　2、数组类型引用和对象

　　当声明数组时，int[]  arr=new int[2];数组也是对象，arr实际上是引用，栈上占用4个字节大小的存储空间，而是会在堆中开辟相应大小空间进行存储，然后arr变量指向它。当声明一个二维数组时，如：int[][]  arr2=new int[2][4],arr2同样在栈中占用4个字节，在堆内存中开辟长度为2，类型为int[]的数组对象，然后arr2指向这个数组。这个数组内部有两个引用类型(大小为4个字节)，分别指向两个长度为4类型为int的数组。内存分布如图：

所以当传递一个数组给一个方法时，数组的元素在方法内部是可以被修改的，但是无法让数组引用指向新的数组。其实，还可以声明:int [][]  arr3=new int[3][],内存分布如下：

　　3、String类型数据

　　对于String类型，其对象内部需要维护三个成员变量，char[]  chars，int  startIndex,  int  length。chars是存储字符串数据的真正位置，在某些情况下是可以共用的，实际上String类型是不可变类型。例如：String  str=new String("hello")，内存分布如下：

三、JAVA引用类型

　　在JAVA中提供了四种引用类型：强引用、软引用、软引用和虚引用。在四种引用类型中，只有强引用FinalReference类型变量是包内可见的，其他三种引用类型均为public，可以在程序中直接使用。

　　1、强引用

　　强引用是使用最普遍的引用。如果一个对象具有强引用，那么垃圾回收器绝不会回收它。例如:StringBuilder sb = new StringBuilder("test");变量str指向StringBuffer实例所在的堆空间，通过str可以操作该对象。如下：

　　强引用特点：

• • 强引用可以直接访问目标对象
  • 只要有引用变量存在，垃圾回收器永远不会回收。JVM即使抛出OOM异常，也不会回收强引用所指向的对象。
  • 强引用可能导致内存泄漏问

　　2、软引用

　　软引用是除了强引用外，最强的引用类型。可以通过java.lang.ref.SoftReference使用软引用。一个持有软引用的对象，不会被JVM很快回收，JVM会根据当前堆的使用情况来判断何时回收。当堆使用率临近阈值时，才会去回收软引用的对象。因此，软引用可以用于实现对内存敏感的高速缓存。SoftReference的特点是它的一个实例保存对一个Java对象的软引用，该软引用的存在不妨碍垃圾收集线程对该Java对象的回收。也就是说，一旦SoftReference保存了对一个Java对象的软引用后，在垃圾线程对 这个Java对象回收前，SoftReference类所提供的get()方法返回Java对象的强引用。一旦垃圾线程回收该Java对象之后，get()方法将返回null。

Object obj = new Object();
SoftReference<Object> sf = new SoftReference<Object>(obj);
obj = null;
sf.get();//有时候会返回null
sf是对obj的一个软引用，通过sf.get()方法可以取到这个对象，当这个对象被标记为需要回收的对象时，则返回null；

　　软引用主要用户实现类似缓存的功能，在内存足够的情况下直接通过软引用取值，无需从繁忙的真实来源查询数据，提升速度；当内存不足时，自动删除这部分缓存数据，从真正的来源查询这些数据。使用软引用能防止内存泄露，增强程序的健壮性。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。也就是说，ReferenceQueue中保存的对象是Reference对象，而且是已经失去了它所软引用的对象的Reference对象。当调用它的poll()方法的时候，如果这个队列中不是空队列，那么将返回队列前面的那个Reference对象。在任何时候，都可以调用ReferenceQueue的poll()方法来检查是否有它所关心的非强可及对象被回收。如果队列为空，将返回一个null,否则该方法返回队列中前面的一个Reference对象。利用这个方法，可以检查哪个SoftReference所软引用的对象已经被回收，于是可以把这些失去所软引用的对象的SoftReference对象清除掉。

　　3、弱引用

　　弱引用是一种比软引用较弱的引用类型。在系统GC时，只要发现弱引用，不管系统堆空间是否足够，都会将对象进行回收。在java中，可以用java.lang.ref.WeakReference实例来保存对一个Java对象的弱引用。弱引用与软引用的区别在于：只具有弱引用的对象拥有更短暂的生命周期。不过，由于垃圾回收器是一个优先级很低的线程，因此不一定会很快发现那些只具有弱引用的对象。弱引用主要用于监控对象是否已经被垃圾回收器标记为即将回收的垃圾，可以通过弱引用的isEnQueued方法返回对象是否被垃圾回收器标记。弱引用可以和一个引用队列（ReferenceQueue）联合使用，如果弱引用所引用的对象被垃圾回收，Java虚拟机就会把这个弱引用加入到与之关联的引用队列中。

Object obj = new Object();
WeakReference<Object> wf = new WeakReference<Object>(obj);
obj = null;
wf.get();//有时候会返回null
wf.isEnQueued();//返回是否被垃圾回收器标记为即将回收的垃圾

　　4、虚引用

　　虚引用是所有类型中最弱的一个。一个持有虚引用的对象和没有引用几乎是一样的，随时可能被垃圾回收器回收，当试图通过虚引用的get()方法取得强引用时，总是会失败。并且虚引用必须和引用队列一起使用，它的作用在于检测对象是否已经从内存中删除，跟踪垃圾回收过程。当垃圾回收器准备回收一个对象时，如果发现它还有虚引用，就会在垃圾回收后，销毁这个对象，将这个虚引用加入引用队列。程序可以通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。如果程序发现某个虚引用已经被加入到引用队列，那么就可以在所引用的对象的内存被回收之前采取必要的行动。

Object obj = new Object();
PhantomReference<Object> pf = new PhantomReference<Object>(obj);
obj=null;
pf.get();//永远返回null
pf.isEnQueued();//返回是否从内存中已经删除

@Test
    public void test(){
        Map map;
        map = new WeakHashMap<String,Object>();
        for (int i =0;i<10000;i++){
            map.put("key"+i,new byte[i]);
        }
//        map = new HashMap<String,Object>();
//        for (int i =0;i<10000;i++){
//            map.put("key"+i,new byte[i]);
//        }
    }

　　使用-Xmx2M限定堆内存，使用WeakHashMap的代码正常运行结束，而使用HashMap的代码段抛出异常：java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space。由此可见，WeakHashMap会在系统内存紧张时使用弱引用，自动释放掉持有弱引用的内存数据。但如果WeakHashMap的key都在系统内持有强引用，那么WeakHashMap就退化为普通的HashMap，因为所有的数据项都无法被自动清理。