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java四种引用及在LeakCanery中应用详解

java 四种引用

Java4种引用的级别由高到低依次为：

StrongReference  >  SoftReference  >  WeakReference  >  PhantomReference

1. StrongReference

String tag = new String("T");

此处的 tag 引用就称之为强引用。而强引用有以下特征：

1. 强引用可以直接访问目标对象。
2. 强引用所指向的对象在任何时候都不会被系统回收。
3. 强引用可能导致内存泄漏。

我们要讨论的其它三种Reference较之于强引用而言都属于“弱引用”，也就是他们所引用的对象只要没有强引用，就会根据条件被JVM的垃圾回收器所回收，它们被回收的时机以及用法各不相同。下面分别来进行讨论。

2. SoftReference

软引用有以下特征：

1. 软引用使用 get() 方法取得对象的强引用从而访问目标对象。

2. 软引用所指向的对象按照 JVM 的使用情况（Heap 内存是否临近阈值）来决定是否回收。

3. 软引用可以避免 Heap 内存不足所导致的异常。

当垃圾回收器决定对其回收时，会先清空它的 SoftReference，也就是说 SoftReference 的 get() 方法将会返回 null，然后再调用对象的 finalize() 方法，并在下一轮 GC 中对其真正进行回收。

3. WeakReference

WeakReference 是弱于 SoftReference 的引用类型。弱引用的特性和基本与软引用相似，区别就在于弱引用所指向的对象只要进行系统垃圾回收，不管内存使用情况如何，永远对其进行回收（get() 方法返回 null）。

弱引用有以下特征：

1. 弱引用使用 get() 方法取得对象的强引用从而访问目标对象。
2. 一旦系统内存回收，无论内存是否紧张，弱引用指向的对象都会被回收。
3. 弱引用也可以避免 Heap 内存不足所导致的异常。
4. PhantomReference（虚引用）
PhantomReference 是所有“弱引用”中最弱的引用类型。不同于软引用和弱引用，虚引用无法通过get()方法来取得目标对象的强引用从而使用目标对象，观察源码可以发现 get() 被重写为永远返回 null。

虚引用有以下特征：

虚引用永远无法使用 get() 方法取得对象的强引用从而访问目标对象。
虚引用所指向的对象在被系统内存回收前，虚引用自身会被放入 ReferenceQueue 对象中从而跟踪对象垃圾回收。
虚引用不会根据内存情况自动回收目标对象。
虚引用必须和引用队列（ReferenceQueue）联合使用

Reference与ReferenceQueue 使用demo

定义一个对象Brain

public class Brain {

  public int mIndex;
  // 占用较多内存，当系统内存不足时，会自动进行回收
  private byte []mem;

  public Brain(int index) {
    mIndex = index;
    mem = new byte[1024 * 1024];
  }
  
  @Override
  protected void finalize() throws Throwable {
    super.finalize();
    LogUtils.e("Brain", "finalize + index=" + mIndex);
  }
}

创建Reference并添加到RefrenceQueue中

结果打印：

2019-01-29 19:22:27.499 9283-9308/com.selftest.test.testapp3 E/IFLY_SDK_MainActivity: 回收了WeakReference: cnt=0 wf=java.lang.ref.WeakReference@e1f904c
2019-01-29 19:22:27.499 9283-9308/com.selftest.test.testapp3 E/IFLY_SDK_MainActivity: 回收了WeakReference: cnt=1 wf=java.lang.ref.WeakReference@82fc895
2019-01-29 19:22:27.500 9283-9308/com.selftest.test.testapp3 E/IFLY_SDK_MainActivity: 回收了WeakReference: cnt=2 wf=java.lang.ref.WeakReference@3b3fdaa
2019-01-29 19:22:27.500 9283-9308/com.selftest.test.testapp3 E/IFLY_SDK_MainActivity: 回收了WeakReference: cnt=3 wf=java.lang.ref.WeakReference@668fd9b
2019-01-29 19:22:27.501 9283-9292/com.selftest.test.testapp3 E/IFLY_SDK_Brain: finalize + index=0
2019-01-29 19:22:27.501 9283-9292/com.selftest.test.testapp3 E/IFLY_SDK_Brain: finalize + index=100000
2019-01-29 19:22:27.502 9283-9308/com.selftest.test.testapp3 E/IFLY_SDK_MainActivity: 回收了WeakReference: cnt=4 wf=java.lang.ref.WeakReference@8db6538
2019-01-29 19:22:27.502 9283-9308/com.selftest.test.testapp3 E/IFLY_SDK_MainActivity: 回收了WeakReference: cnt=5 wf=java.lang.ref.WeakReference@f915911
2019-01-29 19:22:27.503 9283-9292/com.selftest.test.testapp3 E/IFLY_SDK_Brain: finalize + index=1
2019-01-29 19:22:27.503 9283-9292/com.selftest.test.testapp3 E/IFLY_SDK_Brain: finalize + index=100001
2019-01-29 19:22:27.504 9283-9292/com.selftest.test.testapp3 E/IFLY_SDK_Brain: finalize + index=2
2019-01-29 19:22:27.505 9283-9292/com.selftest.test.testapp3 E/IFLY_SDK_Brain: finalize + index=100002
2019-01-29 19:22:27.507 9283-9292/com.selftest.test.testapp3 E/IFLY_SDK_Brain: finalize + index=3
2019-01-29 19:22:27.507 9283-9292/com.selftest.test.testapp3 E/IFLY_SDK_Brain: finalize + index=100003
2019-01-29 19:22:27.507 9283-9292/com.selftest.test.testapp3 E/IFLY_SDK_Brain: finalize + index=4
2019-01-29 19:22:27.508 9283-9292/com.selftest.test.testapp3 E/IFLY_SDK_Brain: finalize + index=100004
2019-01-29 19:22:27.508 9283-9292/com.selftest.test.testapp3 E/IFLY_SDK_Brain: finalize + index=5
2019-01-29 19:22:27.509 9283-9292/com.selftest.test.testapp3 E/IFLY_SDK_Brain: finalize + index=100005
2019-01-29 19:22:27.629 9283-9309/com.selftest.test.testapp3 E/IFLY_SDK_MainActivity: 回收了PhantomReference: cnt=0   pr=null
2019-01-29 19:22:27.629 9283-9309/com.selftest.test.testapp3 E/IFLY_SDK_MainActivity: 回收了PhantomReference: cnt=1   pr=null
2019-01-29 19:22:27.629 9283-9308/com.selftest.test.testapp3 E/IFLY_SDK_MainActivity: 回收了WeakReference: cnt=6 wf=java.lang.ref.WeakReference@e2c4a76
2019-01-29 19:22:27.630 9283-9309/com.selftest.test.testapp3 E/IFLY_SDK_MainActivity: 回收了PhantomReference: cnt=2   pr=null
2019-01-29 19:22:27.630 9283-9308/com.selftest.test.testapp3 E/IFLY_SDK_MainActivity: 回收了WeakReference: cnt=7 wf=java.lang.ref.WeakReference@4cfd877
2019-01-29 19:22:27.630 9283-9309/com.selftest.test.testapp3 E/IFLY_SDK_MainActivity: 回收了PhantomReference: cnt=3   pr=null
2019-01-29 19:22:27.630 9283-9309/com.selftest.test.testapp3 E/IFLY_SDK_MainActivity: 回收了PhantomReference: cnt=4   pr=null
2019-01-29 19:22:27.630 9283-9308/com.selftest.test.testapp3 E/IFLY_SDK_MainActivity: 回收了WeakReference: cnt=8 wf=java.lang.ref.WeakReference@37d9ce4
2019-01-29 19:22:27.630 9283-9309/com.selftest.test.testapp3 E/IFLY_SDK_MainActivity: 回收了PhantomReference: cnt=5   pr=null
2019-01-29 19:22:27.630 9283-9308/com.selftest.test.testapp3 E/IFLY_SDK_MainActivity: 回收了WeakReference: cnt=9 wf=java.lang.ref.WeakReference@ea1754d

结果分析：

  • 当对象被回收后，持有他的引用WeakReference/PhantomReference会被放入ReferenceQueue中
  • WeakReference在原始对象回收之前被放入ReferenceQueue中，而PhantomReference是在回收之后放入ReferenceQueue中

WeakReference在Leakcanery中的应用

LeakCanery是Android检测内存泄漏的工具，可以检测到Activity/Fragment存在的内存泄漏。

检测原理：

在Application中注册监听所有Activity生命周期的listener，registerActivityLifecycleCallbacks。

//ActivityRefWatcher 中的代码
public void watchActivities() {
  // Make sure you don't get installed twice.
  stopWatchingActivities();
  application.registerActivityLifecycleCallbacks(lifecycleCallbacks);
 }

 public void stopWatchingActivities() {
  application.unregisterActivityLifecycleCallbacks(lifecycleCallbacks);
 }

当Activity的onDestroy被调用时，生成一个uuid，标记这个Activity的WeakReference。
创建一个弱引用，并与一个跟踪所有activit回收的ReferenceQueue相关联。(放入一个map中，key : uuid, value：weakReference)

private final Application.ActivityLifecycleCallbacks lifecycleCallbacks =
   new ActivityLifecycleCallbacksAdapter() {
    @Override public void onActivityDestroyed(Activity activity) {
     refWatcher.watch(activity);
    }
   };

具体的watch执行如下：

public void watch(Object watchedReference, String referenceName) {
  if (this == DISABLED) {
   return;
  }
  checkNotNull(watchedReference, "watchedReference");
  checkNotNull(referenceName, "referenceName");
  final long watchStartNanoTime = System.nanoTime();
  String key = UUID.randomUUID().toString();
  retainedKeys.add(key);
  final KeyedWeakReference reference =
    new KeyedWeakReference(watchedReference, key, referenceName, queue);

  ensureGoneAsync(watchStartNanoTime, reference);
 }

ensureGoneAsync执行如下：

// watchExecutor 在一定时间后检查被注册的WeakReference有没有被添加到ReferenceQueue中
private void ensureGoneAsync(final long watchStartNanoTime, final KeyedWeakReference reference) {
  watchExecutor.execute(new Retryable() {
   @Override public Retryable.Result run() {
    return ensureGone(reference, watchStartNanoTime);
   }
  });
 }

在onDestry被调用后若干秒执行如下操作：到ReferenceQueue中去取这个Activity，如果能够取到说明这个Activity被正常回收了。如果无法回收，触发GC，再去RerenceQueue中取如果还是无法取到，说明Activity没有被系统回收，可能存在内存泄漏。

真正核心的代码如下：

long gcStartNanoTime = System.nanoTime();
  long watchDurationMs = NANOSECONDS.toMillis(gcStartNanoTime - watchStartNanoTime);
  // 如果ReferenceQue中有activity的弱引用，则将retainedKeys中的uuid移除
  removeWeaklyReachableReferences();
  if (debuggerControl.isDebuggerAttached()) {
   // The debugger can create false leaks.
   return RETRY;
  }
  // 如果activity对应的uuid已经被移除，说明activity已经被回收，无内存泄漏
  if (gone(reference)) {
   return DONE;
  }
  // 触发gc，进行垃圾回收
  gcTrigger.runGc();
  removeWeaklyReachableReferences();
  // 如果uuid还没有被移除，说明activiy存在内存泄漏，需要dump内存，进行分析
  if (!gone(reference)) {
   long startDumpHeap = System.nanoTime();
   long gcDurationMs = NANOSECONDS.toMillis(startDumpHeap - gcStartNanoTime);
   File heapDumpFile = heapDumper.dumpHeap();
   if (heapDumpFile == RETRY_LATER) {
    // Could not dump the heap.
    return RETRY;
   }
   long heapDumpDurationMs = NANOSECONDS.toMillis(System.nanoTime() - startDumpHeap);
   HeapDump heapDump = heapDumpBuilder.heapDumpFile(heapDumpFile).referenceKey(reference.key)
     .referenceName(reference.name)
     .watchDurationMs(watchDurationMs)
     .gcDurationMs(gcDurationMs)
     .heapDumpDurationMs(heapDumpDurationMs)
     .build();
   heapdumpListener.analyze(heapDump);
  }
  return DONE;
 }

HeapDump dump内存和分析的过程这里就不细说。

总结

以上所述是小编给大家介绍的java四种引用及在LeakCanery中应用详解，希望对大家有所帮助，如果大家有任何疑问欢迎给我留言，小编会及时回复大家的！

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