System.gc () 的理解

在默认情况下，通过 System.gc () 者 Runtime.getRuntime ().gc () 的调用，会显式触发 Full GC，同时对老年代和新生代进行回收，尝试释放被丢弃对象占用的内存。

当调用 System.gc () 时，JVM 会尽力进行垃圾收集。然而，这只是一个建议或请求，JVM 可以选择忽略这个请求。实际的垃圾收集时间取决于 JVM 的垃圾收集器和其他因素。

JVM 实现者可以通过 System.gc () 调用来决定 JVM 的 GC 行为。而一般情况下，垃圾回收应该是自动进行的，无须手动触发，否则就太过于麻烦了。在一些特殊情况下，如我们正在编写一个性能基准，我们可以在运行之间调用 System.gc ()。过度或不适当的使用 System.gc () 可能会导致性能下降。

手动执行 GC 操作，有时候会调用 finalize () 方法，有时候并不会调用。

//打印的结果中，有时候会出现 SystemGCTest 重写了 finalize()有时候不会出现
public class SystemGCTest {
    public static void main(String[] args) {
        new SystemGCTest();
        System.gc();//提醒 jvm 的垃圾回收器执行 gc,但是不确定是否马上执行 gc
        //与 Runtime.getRuntime().gc();的作用一样。

//        System.runFinalization();//强制调用使用引用的对象的 finalize()方法
    }
    //如果发生了 GC，这个 finalize()一定会被调用
    @Override
    protected void finalize() throws Throwable {
        super.finalize();
        System.out.println("SystemGCTest 重写了 finalize()");
    }
}

多种情景

/**
 * -XX:+PrintGCDetails //开启 GC 打印
 */
public class LocalVarGC {
    public static void main(String[] args) {
        LocalVarGC local = new LocalVarGC();
        local.localvarGC5();
    }

    //没有被回收
    public void localvarGC1() {
        byte[] buffer = new byte[10 * 1024 * 1024];//10MB
        System.gc();
    }

    //被回收
    public void localvarGC2() {
        byte[] buffer = new byte[10 * 1024 * 1024];
        buffer = null;
        System.gc();
    }

    //没有被回收
    public void localvarGC3() {
        {
            byte[] buffer = new byte[10 * 1024 * 1024];
        }
        System.gc();
    }

    //被回收
    public void localvarGC4() {
        {
            byte[] buffer = new byte[10 * 1024 * 1024];
        }
        int value = 10;
        System.gc();
    }

    //被回收
    public void localvarGC5() {
        localvarGC1();
        System.gc();
    }
}

localvarGC1()

[GC (System.gc()) [PSYoungGen: 16138K->11048K(114176K)] 16138K->11056K(375296K), 0.0050169 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[Full GC (System.gc()) [PSYoungGen: 11048K->0K(114176K)] [ParOldGen: 8K->10860K(261120K)] 11056K->10860K(375296K), [Metaspace: 3266K->3266K(1056768K)], 0.0050398 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs] 
Heap
 PSYoungGen      total 114176K, used 2949K [0x0000000741500000, 0x0000000749400000, 0x00000007c0000000)
  eden space 98304K, 3% used [0x0000000741500000,0x00000007417e1608,0x0000000747500000)
  from space 15872K, 0% used [0x0000000747500000,0x0000000747500000,0x0000000748480000)
  to   space 15872K, 0% used [0x0000000748480000,0x0000000748480000,0x0000000749400000)
 ParOldGen       total 261120K, used 10860K [0x0000000643e00000, 0x0000000653d00000, 0x0000000741500000)
  object space 261120K, 4% used [0x0000000643e00000,0x000000064489b298,0x0000000653d00000)
 Metaspace       used 3289K, capacity 4564K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 355K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K

年轻代的 GC 并没有回收 buffer，Full GC 后将年轻代清空，并移动到了老年代。

localvarGC2()

[GC (System.gc()) [PSYoungGen: 16138K->840K(114176K)] 16138K->848K(375296K), 0.0011861 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[Full GC (System.gc()) [PSYoungGen: 840K->0K(114176K)] [ParOldGen: 8K->623K(261120K)] 848K->623K(375296K), [Metaspace: 3298K->3298K(1056768K)], 0.0052869 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs] 
Heap
 PSYoungGen      total 114176K, used 2949K [0x0000000741500000, 0x0000000749400000, 0x00000007c0000000)
  eden space 98304K, 3% used [0x0000000741500000,0x00000007417e1608,0x0000000747500000)
  from space 15872K, 0% used [0x0000000747500000,0x0000000747500000,0x0000000748480000)
  to   space 15872K, 0% used [0x0000000748480000,0x0000000748480000,0x0000000749400000)
 ParOldGen       total 261120K, used 623K [0x0000000643e00000, 0x0000000653d00000, 0x0000000741500000)
  object space 261120K, 0% used [0x0000000643e00000,0x0000000643e9bcf0,0x0000000653d00000)
 Metaspace       used 3319K, capacity 4564K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 360K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K

年轻代 GC 回收了 buffer，Full GC 后将年轻代一些东西放入了老年代，但是也远不到 buffer 的占用。

localvarGC3()

[GC (System.gc()) [PSYoungGen: 16138K->11080K(114176K)] 16138K->11088K(375296K), 0.0052170 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[Full GC (System.gc()) [PSYoungGen: 11080K->0K(114176K)] [ParOldGen: 8K->10863K(261120K)] 11088K->10863K(375296K), [Metaspace: 3297K->3297K(1056768K)], 0.0043402 secs] [Times: user=0.09 sys=0.00, real=0.00 secs] 
Heap
 PSYoungGen      total 114176K, used 2949K [0x0000000741500000, 0x0000000749400000, 0x00000007c0000000)
  eden space 98304K, 3% used [0x0000000741500000,0x00000007417e1608,0x0000000747500000)
  from space 15872K, 0% used [0x0000000747500000,0x0000000747500000,0x0000000748480000)
  to   space 15872K, 0% used [0x0000000748480000,0x0000000748480000,0x0000000749400000)
 ParOldGen       total 261120K, used 10863K [0x0000000643e00000, 0x0000000653d00000, 0x0000000741500000)
  object space 261120K, 4% used [0x0000000643e00000,0x000000064489bc98,0x0000000653d00000)
 Metaspace       used 3305K, capacity 4564K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 359K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K

Minor GC 并没有回收 buffer，在 Full GC 后将 buffer 放入到老年代。

localvarGC4()

[GC (System.gc()) [PSYoungGen: 20070K->840K(190976K)] 20070K->848K(628224K), 0.0008351 secs] [Times: user=0.00 sys=0.02, real=0.00 secs] 
[Full GC (System.gc()) [PSYoungGen: 840K->0K(190976K)] [ParOldGen: 8K->639K(437248K)] 848K->639K(628224K), [Metaspace: 3316K->3316K(1056768K)], 0.0041324 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
Heap
 PSYoungGen      total 190976K, used 4915K [0x00000006eb300000, 0x00000006f8800000, 0x00000007c0000000)
  eden space 163840K, 3% used [0x00000006eb300000,0x00000006eb7cce58,0x00000006f5300000)
  from space 27136K, 0% used [0x00000006f5300000,0x00000006f5300000,0x00000006f6d80000)
  to   space 27136K, 0% used [0x00000006f6d80000,0x00000006f6d80000,0x00000006f8800000)
 ParOldGen       total 437248K, used 639K [0x0000000541800000, 0x000000055c300000, 0x00000006eb300000)
  object space 437248K, 0% used [0x0000000541800000,0x000000054189fef8,0x000000055c300000)
 Metaspace       used 3324K, capacity 4564K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 361K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K

Minor GC 将年轻代中的 buffer 回收，Full GC 后将年轻代的部分对象放入老年代，但不是 buffer。

笔记

localvarGC3 方法分析

在 localvarGC3 方法中，定义了一个名为 buffer 的局部变量，并分配了大约 10MB 的数组空间。尽管 buffer 变量的作用域随着代码块结束而结束，但在执行 System.gc() 时， buffer 可能还在局部变量表中占有一个槽位。由于 Java 虚拟机（JVM）在决定垃圾回收时考虑的是变量是否还可能被访问，而不仅仅是变量的作用域，所以即使 buffer 已经超出了其代码块的作用域，JVM 可能仍认为它在作用域内，因此不会回收 buffer 分配的内存。

localvarGC4 方法分析

在 localvarGC4 方法中，情况有所不同。同样是定义了 buffer 并分配了相同大小的内存，但在调用 System.gc() 前，定义了另一个类型为 int 的变量 value 。在 Java 中，如果新的局部变量被定义，它可能会重用之前已经不再使用的局部变量的槽位。在这种情况下， value 可能重用了 buffer 的槽位，从而更新了局部变量表中该槽位的内容。因此，到了 System.gc() 的时候， buffer 对应的内存不再有任何引用指向它，使得 JVM 可以安全地回收这块内存。

通过字节码文件也可以分析出来，localvarGC3 中 buffer 还是占了局部变量表中的一个槽位，但是 localvarGC4 中 value 占用了 buffer 的槽位，所以 buffer 被回收了。

localvarGC5()

[GC (System.gc()) [PSYoungGen: 20070K->11080K(190976K)] 20070K->11088K(628224K), 0.0045991 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[Full GC (System.gc()) [PSYoungGen: 11080K->0K(190976K)] [ParOldGen: 8K->10879K(437248K)] 11088K->10879K(628224K), [Metaspace: 3316K->3316K(1056768K)], 0.0045095 secs] [Times: user=0.03 sys=0.13, real=0.01 secs] 
[GC (System.gc()) [PSYoungGen: 0K->0K(190976K)] 10879K->10879K(628224K), 0.0003264 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[Full GC (System.gc()) [PSYoungGen: 0K->0K(190976K)] [ParOldGen: 10879K->639K(437248K)] 10879K->639K(628224K), [Metaspace: 3316K->3316K(1056768K)], 0.0038060 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
Heap
 PSYoungGen      total 190976K, used 4915K [0x00000006eb300000, 0x00000006f8800000, 0x00000007c0000000)
  eden space 163840K, 3% used [0x00000006eb300000,0x00000006eb7cce58,0x00000006f5300000)
  from space 27136K, 0% used [0x00000006f6d80000,0x00000006f6d80000,0x00000006f8800000)
  to   space 27136K, 0% used [0x00000006f5300000,0x00000006f5300000,0x00000006f6d80000)
 ParOldGen       total 437248K, used 639K [0x0000000541800000, 0x000000055c300000, 0x00000006eb300000)
  object space 437248K, 0% used [0x0000000541800000,0x000000054189fef8,0x000000055c300000)
 Metaspace       used 3324K, capacity 4564K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 361K, capacity 388K, committed 512K, reserved 1048576K

第一次 Minor GC 将大部分的年轻代垃圾回收，但是 buffer 并没有，紧接着第一次 Full GC 将年轻代中的 buffer 放入到了老年代中，第二次 Minor GC 没有回收任何东西，第二次 Full GC 将 buffer 回收。局部变量出了方法范围就一定会失效，铁定被回收。

内存溢出与内存泄漏

内存溢出（Out of Memory）

了解 OutOfMemoryError 异常 --- Understand the OutOfMemoryError Exception (oracle.com) (opens new window)

内存溢出相对于内存泄漏来说，尽管更容易被理解，但是同样的，内存溢出也是引发程序崩溃的罪魁祸首之一。

由于 GC 一直在发展，所有一般情况下，除非应用程序占用的内存增长速度非常快，造成垃圾回收已经跟不上内存消耗的速度，否则不太容易出现 OOM 的情况。

大多数情况下，GC 会进行各种年龄段的垃圾回收，实在不行了就放大招，来一次独占式的 Full GC 操作，这时候会回收大量的内存，供应用程序继续使用。

Javadoc 中对 OutofMemoryError 的解释是，没有空闲内存，并且垃圾收集器也无法提供更多内存。

原因

1. Java 虚拟机的堆内存设置不够。
   • 比如：可能存在内存泄漏问题；也很有可能就是堆的大小不合理，比如我们要处理比较可观的数据量，但是没有显式指定 JVM 堆大小或者指定数值偏小。我们可以通过参数 - Xms 、-Xmx 来调整。
2. 代码中创建了大量大对象，并且长时间不能被垃圾收集器收集（存在被引用）。
   • 对于老版本的 Oracle JDK，因为永久代的大小是有限的，并且 JVM 对永久代垃圾回收（如，常量池回收、卸载不再需要的类型）非常不积极，所以当我们不断添加新类型的时候，永久代出现 OutOfMemoryError 也非常多见。尤其是在运行时存在大量动态类型生成的场合；类似 intern 字符串缓存占用太多空间，也会导致 OOM 问题。对应的异常信息，会标记出来和永久代相关： java.lang.OutOfMemoryError:PermGen space 。
   • 随着元数据区的引入，方法区内存已经不再那么窘迫，所以相应的 OOM 有所改观，出现 OOM，异常信息： java.lang.OutofMemoryError:Metaspace 。直接内存不足，也会导致 OOM。

笔记

这里面隐含着一层意思是，在抛出 OutofMemoryError 之前，通常垃圾收集器会被触发，尽其所能去清理出空间。

• 例如：在引用机制分析中，涉及到 JVM 会去尝试回收软引用指向的对象等。
• 在 java.nio.Bits.reserveMemory () 方法中，我们能清楚的看到，System.gc () 会被调用，以清理空间。

当然，也不是在任何情况下垃圾收集器都会被触发的。

• 比如，我们去分配一个超大对象，类似一个超大数组超过堆的最大值，JVM 可以判断出垃圾收集并不能解决这个问题，所以直接抛出 OutofMemoryError。

内存泄漏（Memory Leak）

也称作 “存储渗漏”。严格来说，只有对象不会再被程序用到了，但是 GC 又不能回收他们的情况，才叫内存泄漏。

但实际情况很多时候一些不太好的实践（或疏忽）会导致对象的生命周期变得很长甚至导致 OOM，也可以叫做宽泛意义上的 “内存泄漏”。

尽管内存泄漏并不会立刻引起程序崩溃，但是一旦发生内存泄漏，程序中的可用内存就会被逐步蚕食，直至耗尽所有内存，最终出现 OutofMemory 异常，导致程序崩溃。

注意

这里的存储空间并不是指物理内存，而是指虚拟内存大小，这个虚拟内存大小取决于磁盘交换区设定的大小。

左右的图中对比发现，一部分对象已经可以释放了，但是还是存在一个引用，那么这部分的对象可能会出现内存泄漏的情况。

内存泄漏的场景

单例模式。

• 单例的生命周期和应用程序是一样长的，所以在单例程序中，如果持有对外部对象的引用的话，那么这个外部对象是不能被回收的，则会导致内存泄漏的产生。

一些提供 close () 的资源未关闭导致内存泄漏。

• 数据库连接 dataSourse.getConnection ()，网络连接 socket 和 io 连接必须手动 close，否则是不能被回收的。

静态字段引用。

• 静态字段在整个应用程序运行期间都保持活动状态，如果静态字段引用了大量对象，那么这些对象就不会被垃圾回收器回收，从而导致内存泄漏。

内部类和外部类实例。

• 非静态内部类会隐式地持有其外部类实例的引用。如果外部类的实例被销毁，而内部类的实例还在被使用，那么外部类的实例就不会被回收。

Stop The World

Stop-the-World，简称 STW，指的是 GC 事件发生过程中，会产生应用程序的停顿。停顿产生时整个应用程序线程都会被暂停，没有任何响应，有点像卡死的感觉，这个停顿称为 STW。

可达性分析算法中枚举根节点（GC Roots）会导致所有 Java 执行线程停顿，为什么需要停顿所有 Java 执行线程呢？

• 分析工作必须在一个能确保一致性的快照中进行。
• 一致性指整个分析期间整个执行系统看起来像被冻结在某个时间点上。
• 如果出现分析过程中对象引用关系还在不断变化，则分析结果的准确性无法保证。

被 STW 中断的应用程序线程会在完成 GC 之后恢复，频繁中断会让用户感觉像是网速不快造成电影卡带一样，所以我们需要减少 STW 的发生。

注意

1. STW 事件和采用哪款 GC 无关，所有的 GC 都有这个事件。
2. 哪怕是 G1 也不能完全避免 Stop-the-world 情况发生，只能说垃圾回收器越来越优秀，回收效率越来越高，尽可能地缩短了暂停时间。
3. STW 是 JVM 在后台自动发起和自动完成的。在用户不可见的情况下，把用户正常的工作线程全部停掉。
4. 开发中不要用 System.gc () ，这会导致 Stop-the-World 的发生。

测试 STW

/**
 * 先启动 PrintThread 线程，会发现打印的结果会有序的打印，一旦 WorkThread 启动了，等触发到 10000 这个阈值，就会 GC，GC 是要伴随着
 * STW 的。打印的结果就变得无序了。
 */
public class StopTheWorldDemo {
    public static void main(String[] args) {
        WorkThread w = new WorkThread();
        PrintThread p = new PrintThread();
        w.start();
        p.start();
    }

    public static class WorkThread extends Thread {
        List<byte[]> list = new ArrayList<byte[]>();

        public void run() {
            try {
                while (true) {
                    for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                        byte[] buffer = new byte[1024];
                        list.add(buffer);
                    }

                    if (list.size() > 10000) {
                        list.clear();
                        System.gc();//会触发 full gc，进而会出现 STW 事件
                    }
                }
            } catch (Exception ex) {
                ex.printStackTrace();
            }
        }
    }

    public static class PrintThread extends Thread {
        public final long startTime = System.currentTimeMillis();

        public void run() {
            try {
                while (true) {
                    // 每秒打印时间信息
                    long t = System.currentTimeMillis() - startTime;
                    System.out.println(t / 1000 + "." + t % 1000);
                    Thread.sleep(1000);
                }
            } catch (Exception ex) {
                ex.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

并行与并发

并行（Parallelism）

指的是在同一时刻，有多个处理器或多核处理器同时执行多个不同的任务。这是物理上的同时发生，例如，多个 CPU 核心同时处理不同的数据或任务。

并发（Concurrency）

指的是在同一时间段内，一个处理器交替处理多个任务。这是逻辑上的同时发生，即系统在微观上并不是真正同时执行多个任务，而是通过时间片轮转，快速切换任务执行，使得宏观上看起来好像是同时进行的。

两者对比

并发指的是多个事情，在同一时间段内同时发生了。并行指的是多个事情，在同一时间点上（或者说同一时刻）同时发生了。

并发的多个任务之间是互相抢占资源的。并行的多个任务之间是不互相抢占资源的。

只有在多 CPU 或者一个 CPU 多核的情况中，才会发生并行。否则，看似同时发生的事情，其实都是并发执行的。

垃圾回收中的并行与并发

并行（Parallel）：指多条垃圾收集线程并行工作，但此时用户线程仍处于等待状态。如 ParNew、Parallel Scavenge、Parallel Old。

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• 平行新（Parallel New）：这是指用于新生代的并行垃圾回收器。在新生代，对象通常存活时间较短，"平行新" 回收器使用多个线程来并行地执行垃圾回收，以提高效率。

• 平行清道夫（Parallel Scavenge）：这也是一个专注于新生代的并行垃圾回收器，它的目标是达到一个可控的吞吐量（即应用程序运行时间与垃圾回收时间的比率）。"平行清道夫" 回收器经常与 "平行旧" 回收器一起使用。

• 平行旧（Parallel Old）：这是用于老年代的并行垃圾回收器。它是 "平行清道夫" 的老年代版本，使用多线程来并行地回收老年代中的对象。

"平行新" 回收器主要关注的是提高垃圾回收的效率，减少垃圾回收的时间，适用于多核处理器。而 "平行清道夫" 回收器则更加关注吞吐量的优化，它提供了一些额外的参数，允许开发者调整以达到应用程序运行时间与垃圾回收时间的最佳比率。

简而言之，虽然两者都是并行的新生代垃圾回收器，但 "平行清道夫" 提供了更多的调优选项，使得开发者可以根据应用程序的具体需求来优化垃圾回收性能。

串行（Serial）

• 相较于并行的概念，单线程执行。
• 如果内存不够，则程序暂停，启动 JVM 垃圾回收器进行垃圾回收（单线程）。

并发（Concurrent）：并发在垃圾回收的上下文中的解释是垃圾回收器在回收内存时，不需要暂停应用程序的执行线程。并发垃圾回收器的设计目标是减少或消除 "Stop the World" 事件的发生，从而减少应用程序的停顿时间，使得应用程序可以在垃圾回收过程中继续运行。

安全点与安全区域

安全点（Safepoint）

程序执行时并非在所有地方都能停顿下来开始 GC，只有在特定的位置才能停顿下来开始 GC，这些位置称为 安全点 。

Safe Point 的选择很重要，如果太少可能导致 GC 等待的时间太长，如果太频繁可能导致运行时的性能问题。大部分指令的执行时间都非常短暂，通常会根据 “是否具有让程序长时间执行的特征” 为标准。比如：选择一些执行时间较长的指令作为 Safe Point，如方法调用、循环跳转和异常跳转等。

如何在 GC 发生时，检查所有线程都跑到最近的安全点停顿下来呢？

1. 抢先式中断：（目前没有虚拟机采用了）首先中断所有线程。如果还有线程不在安全点，就恢复线程，让线程跑到安全点。
2. 主动式中断：设置一个中断标志，各个线程运行到 Safe Point 的时候主动轮询这个标志，如果中断标志为真，则将自己进行中断挂起。

安全区域（Safe Region）

1. Safepoint 机制保证了程序执行时，在不太长的时间内就会遇到可进入 GC 的 Safepoint。但是，程序 “不执行” 的时候呢？
2. 例如线程处于 Sleep 状态或 Blocked 状态，这时候线程无法响应 JVM 的中断请求，“走” 到安全点去中断挂起，JVM 也不太可能等待线程被唤醒。对于这种情况，就需要安全区域（Safe Region）来解决。
3. 安全区域是指在一段代码片段中，对象的引用关系不会发生变化，在这个区域中的任何位置开始 GC 都是安全的。我们也可以把 Safe Region 看做是被扩展了的 Safepoint。

安全区域的执行流程

1. 当线程运行到 Safe Region 的代码时，首先标识已经进入了 Safe Region，如果这段时间内发生 GC，JVM 会忽略标识为 Safe Region 状态的线程
2. 当线程即将离开 Safe Region 时，会检查 JVM 是否已经完成根节点枚举（即 GC Roots 的枚举），如果完成了，则继续运行，否则线程必须等待直到收到可以安全离开 Safe Region 的信号为止；

引用

当内存空间还足够时，则能保留在内存中；如果内存空间在进行垃圾收集后还是很紧张，则可以抛弃这些对象。

在 JDK1.2 版之后，Java 对引用的概念进行了扩充，将引用分为：

• 强引用（Strong Reference）
• 软引用（Soft Reference）
• 弱引用（Weak Reference）
• 虚引用（Phantom Reference）

Reference 子类中只有终结器引用是包内可见的，其他 3 种引用类型均为 public，可以在应用程序中直接使用。

在 Java 中， FinalReference 类并不是一个可以公开访问的类，而是 Java 虚拟机（JVM）内部用于垃圾回收机制的一个实现细节。它与 java.lang.ref 包下的其他引用类型（如 SoftReference , WeakReference , PhantomReference ）不同，这些类型都是为了允许开发者在程序中有更多的控制权，比如在内存不足时能够灵活地回收对象。

FinalReference 主要用于处理对象的终结过程，即当对象即将被垃圾回收器回收时，如果该对象覆盖了 finalize() 方法， FinalReference 就会在垃圾回收前被添加到一个队列中，以确保 finalize() 方法能够被调用。这个过程是由 JVM 的垃圾回收器自动管理的，因此不需要也不应该被开发者直接使用，这就是为什么它没有被声明为 public 的原因。

• 强引用（StrongReference）：最传统的 “引用” 的定义，是指在程序代码之中普遍存在的引用赋值，即类似 “ object obj=new Object() ” 这种引用关系。无论任何情况下，只要强引用关系还存在，垃圾收集器就永远不会回收掉被引用的对象。宁可报 OOM，也不会 GC 强引用。
• 软引用（SoftReference）：在系统将要发生内存溢出之前，将会把这些对象列入回收范围之中进行第二次回收。如果这次回收后还没有足够的内存，才会抛出内存溢出异常。
• 弱引用（WeakReference）：被弱引用关联的对象只能生存到下一次垃圾收集之前。当垃圾收集器工作时，无论内存空间是否足够，都会回收掉被弱引用关联的对象。
• 虚引用（PhantomReference）：一个对象是否有虚引用的存在，完全不会对其生存时间构成影响，也无法通过虚引用来获得一个对象的实例。为一个对象设置虚引用关联的唯一目的就是能在这个对象被收集器回收时收到一个系统通知。

强引用

在 Java 程序中，最常见的引用类型是强引用（普通系统 99% 以上都是强引用），也就是我们最常见的普通对象引用，也是默认的引用类型。

当在 Java 语言中使用 new 操作符创建一个新的对象，并将其赋值给一个变量的时候，这个变量就成为指向该对象的一个强引用。

只要强引用的对象是可触及的，垃圾收集器就永远不会回收掉被引用的对象。只要强引用的对象是可达的，jvm 宁可报 OOM，也不会回收强引用。

对于一个普通的对象，如果没有其他的引用关系，只要超过了引用的作用域或者显式地将相应（强）引用赋值为 null，就是可以当做垃圾被收集了，当然具体回收时机还是要看垃圾收集策略。

相对的，软引用、弱引用和虚引用的对象是软可触及、弱可触及和虚可触及的，在一定条件下，都是可以被回收的。所以，强引用是造成 Java 内存泄漏的主要原因之一。

public class StrongReferenceTest {
    public static void main(String[] args) {
        StringBuffer str = new StringBuffer ("Hello,尚硅谷");
        StringBuffer str1 = str;

        str = null;
        System.gc();

        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
	    // 虽然 str 这个引用被被置为 null，但还是存在一个 str2 的引用这个 StringBuffer 不会被回收
        System.out.println(str1);
    }
}

特点

• 强引用可以直接访问目标对象。
• 强引用所指向的对象在任何时候都不会被系统回收，虚拟机宁愿抛出 OOM 异常，也不会回收强引用所指向对象。
• 强引用可能导致内存泄漏。

软引用

软引用是用来描述一些还有用，但非必需的对象。只被软引用关联着的对象，在系统将要发生内存溢出异常前，会把这些对象列进回收范围之中进行第二次回收，如果这次回收还没有足够的内存，才会抛出内存溢出异常。注意，这里的第一次回收是不可达的对象。

软引用通常用来实现内存敏感的缓存。比如：高速缓存就有用到软引用。如果还有空闲内存，就可以暂时保留缓存，当内存不足时清理掉，这样就保证了使用缓存的同时，不会耗尽内存。

垃圾回收器在某个时刻决定回收软可达的对象的时候，会清理软引用，并可选地把引用存放到一个引用队列（Reference Queue）。

类似弱引用，只不过 Java 虚拟机会尽量让软引用的存活时间长一些，迫不得已才清理。

一句话概括：当内存足够时，不会回收软引用可达的对象。内存不够时，会回收软引用的可达对象。

在 JDK1.2 版之后提供了 SoftReference 类来实现软引用。

/**
 * 软引用的测试：内存不足即回收
 * -Xms10m -Xmx10m -XX:+PrintGCDetails
 */
public class SoftReferenceTest {
    public static void main(String[] args) {
        //创建对象，建立软引用
//        SoftReference<User> userSoftRef = new SoftReference<User>(new User(1, "songhk"));
        //上面的一行代码，等价于如下的三行代码
        User u1 = new User(1, "songhk");
        SoftReference<User> userSoftRef = new SoftReference<User>(u1);
        u1 = null;//取消强引用


        //从软引用中重新获得强引用对象
        System.out.println(userSoftRef.get());

        System.gc();
        System.out.println("After GC:");
//        //垃圾回收之后获得软引用中的对象
        System.out.println(userSoftRef.get());//由于堆空间内存足够，所有不会回收软引用的可达对象。
//
        try {
            //让系统认为内存资源紧张、不够
            byte[] b = new byte[1024 * 1024 * 7];
            // 这里需要通过 PrintGCDetails 查看老年代的内存占用，用老年代的大小减去占用的内存大小，得到的余量创建一个 byte 数组，这个时候可以看到没有发生 oom 但回收了软引用的 User 对象。
//            byte[] b = new byte[1024 * 7168 - 635 * 1024];
        } catch (Throwable e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            //再次从软引用中获取数据
            System.out.println(userSoftRef.get());//在报 OOM 之前，垃圾回收器会回收软引用的可达对象。
        }
    }

    public static class User {
        public int id;
        public String name;
        public User(int id, String name) {
            this.id = id;
            this.name = name;
        }

        @Override
        public String toString() {
            return "[id=" + id + ", name=" + name + "] ";
        }
    }
}

弱引用

弱引用（Weak Reference）发现即回收

弱引用也是用来描述那些非必需对象，只被弱引用关联的对象只能生存到下一次垃圾收集发生为止。在系统 GC 时，只要发现弱引用，不管系统堆空间使用是否充足，都会回收掉只被弱引用关联的对象。

但是，由于垃圾回收器的线程通常优先级很低，因此，并不一定能很快地发现持有弱引用的对象。在这种情况下，弱引用对象可以存在较长的时间。

弱引用和软引用一样，在构造弱引用时，也可以指定一个引用队列，当弱引用对象被回收时，就会加入指定的引用队列，通过这个队列可以跟踪对象的回收情况。

软引用、弱引用都非常适合来保存那些可有可无的缓存数据。如果这么做，当系统内存不足时，这些缓存数据会被回收，不会导致内存溢出。而当内存资源充足时，这些缓存数据又可以存在相当长的时间，从而起到加速系统的作用。

在 JDK1.2 版之后提供了 WeakReference 类来实现弱引用。

public class WeakReferenceExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建一个字符串对象
        String referent = new String("Hello Weak Reference");
        // 创建一个弱引用来引用字符串对象
        WeakReference<String> weakRef = new WeakReference<>(referent);
        // 删除强引用
        referent = null;
        // 垃圾回收器可能会回收对象
        System.gc();
        // 检查对象是否被回收
        if (weakRef.get() == null) {
            System.out.println("Referent was garbage collected");
        } else {
            System.out.println("Referent is still alive: " + weakRef.get());
        }
    }
}

关于 WeakHashMap 的使用，它是基于弱引用的 HashMap 实现。在 WeakHashMap 中，键（key）是弱引用，意味着如果一个键没有其他强引用指向它，那么这个键所对应的条目可以在下一次垃圾回收时被自动移除。这使得 WeakHashMap 成为一个适合用于缓存的数据结构，因为它帮助避免了内存泄漏的问题。

public class WeakHashMapExample {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建 WeakHashMap
        WeakHashMap<String, String> weakMap = new WeakHashMap<>();

        // 添加键值对
        String key = new String("Key");
        weakMap.put(key, "Value");

        // 在 WeakHashMap 中，只要键没有其他强引用，它就可以被垃圾回收
        key = null;

        // 垃圾回收
        System.gc();

        // 等待垃圾回收器运行
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        // 输出 WeakHashMap 的内容
        System.out.println("WeakHashMap contains Key? " + weakMap.containsKey("Key"));
    }
}

虚引用

虚引用（Phantom Reference）：对象回收跟踪

虚引用也称为 “幽灵引用” 或者 “幻影引用”，是所有引用类型中最弱的一个。

一个对象是否有虚引用的存在，完全不会决定对象的生命周期。如果一个对象仅持有虚引用，那么它和没有引用几乎是一样的，随时都可能被垃圾回收器回收。

它不能单独使用，也无法通过虚引用来获取被引用的对象。当试图通过虚引用的 get () 方法取得对象时，总是 null 。即通过虚引用无法获取到我们的数据。

为一个对象设置虚引用关联的唯一目的在于跟踪垃圾回收过程。比如：能在这个对象被收集器回收时收到一个系统通知。

虚引用必须和引用队列一起使用。虚引用在创建时必须提供一个引用队列作为参数。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，就会在回收对象后，将这个虚引用加入引用队列，以通知应用程序对象的回收情况。

由于虚引用可以跟踪对象的回收时间，因此，也可以将一些资源释放操作放置在虚引用中执行和记录。

在 JDK1.2 版之后提供了 PhantomReference 类来实现虚引用。

/**
 * 虚引用的测试
 */
public class PhantomReferenceTest {
    public static PhantomReferenceTest obj;//当前类对象的声明
    static ReferenceQueue<PhantomReferenceTest> phantomQueue = null;//引用队列

    public static void main(String[] args) {
        Thread t = new CheckRefQueue();
        t.setDaemon(true);//设置为守护线程：当程序中没有非守护线程时，守护线程也就执行结束。
        t.start();

        phantomQueue = new ReferenceQueue<PhantomReferenceTest>();
        obj = new PhantomReferenceTest();
        //构造了 PhantomReferenceTest 对象的虚引用，并指定了引用队列
        PhantomReference<PhantomReferenceTest> phantomRef = new PhantomReference<PhantomReferenceTest>(obj, phantomQueue);

        try {
            //不可获取虚引用中的对象
            System.out.println(phantomRef.get());

            //将强引用去除
            obj = null;
            //第一次进行 GC,由于对象可复活，GC 无法回收该对象
            System.gc();
            Thread.sleep(1000);
            if (obj == null) {
                System.out.println("obj 是 null");
            } else {
                System.out.println("obj 可用");
            }
            System.out.println("第 2 次 gc");
            obj = null;
            //第二次 GC 就一定会将将其回收
            System.gc(); //一旦将 obj 对象回收，就会将此虚引用存放到引用队列中。
            Thread.sleep(1000);
            if (obj == null) {
                System.out.println("obj 是 null");
            } else {
                System.out.println("obj 可用");
            }
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    @Override
    protected void finalize() throws Throwable { //finalize()方法只能被调用一次！
        super.finalize();
        System.out.println("调用当前类的 finalize()方法");
        obj = this;
    }

    public static class CheckRefQueue extends Thread {
        @Override
        public void run() {
            while (true) {
                //第二次 GC 的时候被回收的对象就会放到 phantomQueue 队列中，
                if (phantomQueue != null) {
                    PhantomReference<PhantomReferenceTest> objt = null;
                    try {
                        objt = (PhantomReference<PhantomReferenceTest>) phantomQueue.remove();
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    if (objt != null) {
                        System.out.println("追踪垃圾回收过程：PhantomReferenceTest 实例被 GC 了");
                    }
                }
            }
        }
    }
}

//null
//调用当前类的 finalize()方法
//obj 可用
//第 2 次 gc
//追踪垃圾回收过程：PhantomReferenceTest 实例被 GC 了
//obj 是 null

终结器引用（了解）

它用于实现对象的 finalize () 方法，也可以称为终结器引用。

无需手动编码，其内部配合引用队列使用。

在 GC 时，终结器引用入队。由 Finalizer 线程通过终结器引用找到被引用对象调用它的 finalize () 方法，第二次 GC 时才回收被引用的对象。