Różnice pomiędzy słabymi, miękkimi, fantomowymi i zwykłymi referencjami w Javie

Referencje „słabe” i „miękkie” (WeakReference, SoftReference) zostały dodane do Java API już dawno, jednak nie każdy programista jest z nimi zaznajomiony. Wskazuje to na lukę w zrozumieniu, gdzie i jak z nich korzystać. Klasy referencyjne są szczególnie ważne w kontekście zbierania elementów bezużytecznych . Jak wszyscy wiemy, moduł zbierający elementy bezużyteczne sam zwalnia pamięć zajmowaną przez obiekty, jednak nie wszyscy programiści wiedzą, że decyzję o zwolnieniu pamięci podejmuje w oparciu o rodzaj dostępnych odniesień do obiektu. Główną różnicą między SoftReference i WeakReference jest sposób, w jaki kolektor będzie z nimi współpracował. Może w każdej chwili usunąć obiekt, jeśli wskażą na niego tylko słabe łącza, natomiast obiekty z miękkim łączem będą zbierane tylko wtedy, gdy JVM rzeczywiście będzie potrzebowała pamięci. Ze względu na te cechy klas referencyjnych, każda z nich ma swoje własne zastosowanie. SoftReference można wykorzystać do implementacji pamięci podręcznych, a gdy JVM będzie potrzebowała pamięci, zwolni ją, usuwając takie obiekty. A WeakReferences doskonale nadają się do przechowywania metadanych, na przykład przechowywania łącza do modułu ClassLoader. Jeśli nie ma klas do załadowania, nie ma sensu przechowywać odniesienia do ClassLoader , słabe odwołanie sprawia, że ​​ClassLoader jest dostępny do usunięcia, gdy tylko go przypiszemy zamiast silnego odniesienia. W tym artykule przyjrzymy się różnicom między typami linków, w tym silnym odwołaniem i odwołaniem fantomowym .

WeakReference vs SoftReference w Javie

Dla tych, którzy nie wiedzą, istnieją 4 rodzaje linków:

1. Mocne odniesienie
2. Słabe odniesienie
3. Miękkie odniesienie
4. Widmowe odniesienie

Silne połączenie jest najprostsze, ponieważ używamy go w programowaniu na co dzień, na przykład w kodzie typu String s = „abc” zmienna s jest silnym łączem. Każdy obiekt, który ma silne odniesienie, nie może zostać usunięty przez moduł zbierający elementy bezużyteczne. Są to oczywiście obiekty, których potrzebuje program Java . Słabe referencje są reprezentowane przez klasę java.lang.ref.WeakReference . Słabe referencje możesz zdefiniować w następujący sposób:

Counter counter = new Counter(); // strong reference
WeakReference weakCounter = new WeakReference(counter); //weak reference
counter = null; // now Counter object is eligible for garbage collection

Teraz, gdy ustawisz licznik silnych odwołań na wartość null (licznik = null), obiekt utworzony w pierwszym wierszu stanie się dostępny do zbierania elementów bezużytecznych, ponieważ nie ma już silnego odniesienia. Odwołanie słabeCounter utworzone przez Weak nie może uniemożliwić modułowi zbierającemu usunięcia obiektu Counter. Z drugiej strony, gdyby było to odniesienie Soft, obiekt Counter nie zostałby usunięty, dopóki maszyna JVM nie będzie szczególnie potrzebowała pamięci. Miękkie odwołania w Javie są reprezentowane przez klasę java.lang.ref.SoftReference . Przykład tworzenia SoftReference w Javie

Counter prime = new Counter();  // prime holds a strong reference
SoftReference soft = new SoftReference(prime) ; //soft reference variable has SoftReference to Counter Object
prime = null;  // now Counter object is eligible for garbage collection but only be collected when JVM absolutely needs memory

Po wyczyszczeniu silnej referencji (w 3 linii) pozostanie tylko 1 miękka referencja do obiektu Counter, która nie będzie mogła zapobiec usunięciu tego obiektu przez śmieciarza, ale w odróżnieniu od słabej referencji będzie mogła odłożyć ten proces do momentu wystąpienia ostrego niedoboru pamięci. Biorąc pod uwagę tę różnicę między łączami miękkimi i słabymi, pierwsze jest bardziej odpowiednie dla pamięci podręcznych i słabe dla metadanych. Dobrym przykładem jest klasa WeakHashMap, która jest następcą interfejsu Map, takiego jak klasy HashMap lub TreeMap , ale ma jedną charakterystyczną cechę. WeakHashMap otacza klucze jako słabe referencje, co oznacza, że ​​gdy nie ma silnych referencji do obiektu, słabe referencje znajdujące się wewnątrz WeakHashMap nie uchronią Cię przed modułem zbierającym elementy bezużyteczne. Linki fantomowe to trzeci typ linków dostępnych w pakiecie java.lang.ref. Odniesienia fantomowe są reprezentowane przez klasę java.lang.ref.PhantomReference . Obiekt, na który wskazują jedynie łącza fantomowe, może zostać w każdej chwili usunięty przez kolekcjonera. Połączenie fantomowe tworzy się w taki sam sposób, jak łącze słabe lub miękkie.

DigitalCounter digit = new DigitalCounter(); // digit reference variable has strong reference
PhantomReference phantom = new PhantomReference(digit); // phantom reference
digit = null;

Po wyczyszczeniu silnych odniesień do obiektu DigitalCounter moduł wyrzucania elementów bezużytecznych usunie go w dowolnym momencie, ponieważ teraz wskazują na niego tylko odniesienia fantomowe. Oprócz klas WeakReference, SoftReference, PhantomReference, WeakHashMap warto poznać klasę ReferenceQueue . Możesz użyć tej klasy podczas tworzenia obiektu WeakReference, SoftReference lub PhantomReference:

ReferenceQueue refQueue = new ReferenceQueue(); //reference will be stored in this queue for cleanup
DigitalCounter digit = new DigitalCounter();
PhantomReference phantom = new PhantomReference(digit, refQueue);

Odniesienie do obiektu zostanie dodane do kolejki referencyjnej i będzie można monitorować stan odniesień poprzez odpytywanie kolejki referencyjnej. Cykl życia obiektu dobrze przedstawiono na tym diagramie: Oto wszystkie różnice pomiędzy słabymi i miękkimi odniesieniami w Javie . Zapoznaliśmy się także z łączami fantomowymi, klasą WeakHashMap i ReferenceQueue . Właściwe użycie referencji pomoże w usuwaniu elementów bezużytecznych i spowoduje bardziej elastyczne zarządzanie pamięcią w Javie . Oryginalny artykuł