定義

軟引用是使用SoftReference創建的引用，強度弱於強引用，被其引用的對象在內存不足的時候會被回收，不會產生內存溢出。

說明

軟引用，顧名思義就是比較“軟”一點的引用。

當一個對象與GC Roots之間存在強引用時，無論何時都不會被GC回收掉。如果一個對象與GC Roots之間沒有強引用與其關聯而存在軟引用關聯時，那麽垃圾回收器對它的態度就取決於內存的緊張程度了。如果內存空間足夠，垃圾回收器就不會回收這個對象，但如果內存空間不足了，它就難逃被回收的厄運。

如果一個對象與GC Roots之間不存在強引用，但是存在軟引用，則稱這個對象為軟可達（soft reachable）對象。

在垃圾回收器沒有回收它的時候，軟可達對象就像強可達對象一樣，可以被程序正常訪問和使用，但是需要通過軟引用對象間接訪問，需要的話也能重新使用強引用將其關聯。所以軟引用適合用來做內存敏感的高速緩存。

String s = new String("Frank");    // 創建強引用與String對象關聯，現在該String對象為強可達狀態
SoftReference<String> softRef = new SoftReference<String>(s);     // 再創建一個軟引用關聯該對象
s = null;        // 消除強引用，現在只剩下軟引用與其關聯，該String對象為軟可達狀態
s = softRef.get();  // 重新關聯上強引用

這裏變量s持有對字符串對象的強引用，而softRef持有對該對象的軟引用，所以當執行s = null後，字符串對象就只剩下軟引用了，這時如果因為內存不足發生Full GC，就會把這個字符串對象回收掉。

註意，在垃圾回收器回收一個對象前，SoftReference類所提供的get方法會返回Java對象的強引用，一旦垃圾線程回收該對象之後，get方法將返回null。所以在獲取軟引用對象的代碼中，一定要先判斷返回是否為null，以免出現NullPointerException異常而導致應用崩潰。

下面的代碼會讓s再次持有對象的強引用：

s = softRef.get();

如果在softRef指向的對象被回收前，用強引用指向該對象，那這個對象又會變成強可達。

來看一個使用SoftReference的栗子：

public class TestA {
    static class OOMClass{
        private int[] oom = new int[1024 * 100];// 100KB
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ReferenceQueue<OOMClass> queue = new ReferenceQueue<>();
        List<SoftReference> list = new ArrayList<>();
        while(true){
            for (int i = 0; i < 100; i++) {
                list.add(new SoftReference<OOMClass>(new OOMClass(), queue));
            }
            Thread.sleep(500);
        }
    }
}
 

註意，ReferenceQueue中聲明的類型為OOMClass，即與SoftReference引用的類型一致。

設置一下虛擬機參數：

-verbose:gc -Xms4m -Xmx4m -Xmn2m

運行結果：

[GC (Allocation Failure)  1017K->432K(3584K), 0.0017239 secs]
[GC (Allocation Failure)  1072K->472K(3584K), 0.0099237 secs]
[GC (Allocation Failure)  1323K->1296K(3584K), 0.0009528 secs]
[GC (Allocation Failure)  2114K->2136K(3584K), 0.0009951 secs]
[Full GC (Ergonomics)  2136K->1992K(3584K), 0.0040658 secs]
[Full GC (Ergonomics)  2807K->2791K(3584K), 0.0036280 secs]
[Full GC (Allocation Failure)  2791K->373K(3584K), 0.0032477 secs]
[Full GC (Ergonomics)  2786K->2773K(3584K), 0.0034554 secs]
[Full GC (Allocation Failure)  2773K->373K(3584K), 0.0032667 secs]
[Full GC (Ergonomics)  2798K->2775K(3584K), 0.0036231 secs]
[Full GC (Allocation Failure)  2775K->375K(3584K), 0.0055482 secs]
[Full GC (Ergonomics)  2799K->2776K(3584K), 0.0031358 secs]
...省略n次GC信息

在TestA中，我們使用死循環不斷的往list中添加新對象，如果是強引用，會很快因為內存不足而拋出OOM，因為這裏的堆內存大小設置為了4M，而一個對象就有100KB，一個循環添加100個對象，也就是差不多10M，顯然一個循環都跑不完就會內存不足，而這裏，因為使用的是軟引用，所以JVM會在內存不足的時候將軟引用回收掉。

[Full GC (Allocation Failure)  2791K->373K(3584K), 0.0032477 secs]

從這一條可以看出，在內存不足發生Full GC時，回收掉了大部分的軟引用指向的對象，釋放了大量的內存。

因為這裏新生代只分配了2M，所以很快就會發生GC，如果你的程序運行沒有看到這個結果，請先確認一下虛擬機參數是否設置正確，如果設置正確還是沒有看到，那麽將循環次數由1000改為10000或者100000在試試看。

應用場景

軟引用關聯的對象，只有在內存不足的時候JVM才會回收該對象。這一點可以很好地用來解決OOM的問題，並且這個特性很適合用來實現緩存：比如網頁緩存、圖片緩存等。

現在考慮這樣一個場景 ，在很多應用中，都會出現大量的默認圖片，比如說QQ的默認頭像，應用內的默認圖標等等，這些圖片很多地方會用到。

如果每次都去讀取圖片，由於讀取文件速度較慢，大量重復的讀取會導致性能下降。所以可以考慮將圖片緩存起來，需要的時候直接從內存中讀取。但是，由於圖片占用內存空間比較大，緩存的圖片過多會占用比較多的內存，就可能比較容易發生OOM。這時候，軟引用就派得上用場了。

註意，SoftReference對象是用來保存軟引用的，但它同時也是一個Java對象。所以，當軟可及對象被回收之後，雖然這個SoftReference對象的get()方法返回null，但SoftReference對象本身並不是null，而此時這個SoftReference對象已經不再具有存在的價值，需要一個適當的清除機制，避免大量SoftReference對象帶來的內存泄漏。

ReferenceQueue就是用來保存這些需要被清理的引用對象的。軟引用可以和一個引用隊列（ReferenceQueue）聯合使用，如果軟引用所引用的對象被垃圾回收器回收，Java虛擬機就會把這個軟引用加入到與之關聯的引用隊列中。

下面用SoftReference來實現一個簡單的緩存類：

public class SoftCache<T> {
    // 引用隊列
    private ReferenceQueue<T> referenceQueue = new ReferenceQueue<>();
    // 保存軟引用集合，在引用對象被回收後銷毀
    private List<Reference<T>> list = new ArrayList<>();

    // 添加緩存對象
    public synchronized void add(T obj){
        // 構建軟引用
        Reference<T> reference = new SoftReference<T>(obj, referenceQueue);
        // 加入列表中
        list.add(reference);
    }

    // 獲取緩存對象
    public synchronized T get(int index){
        // 先對無效引用進行清理
        clear();
        if (index < 0 || list.size() < index){
            return null;
        }
        Reference<T> reference = list.get(index);
        return reference == null ? null : reference.get();
    }

    public int size(){
        return list.size();
    }

    @SuppressWarnings("unchecked")
    private void clear(){
        Reference<T> reference;
        while (null != (reference = (Reference<T>) referenceQueue.poll())){
            list.remove(reference);
        }
    }
}

然後測試一下這個緩存類：

public class SoftCacheTest {
    private static int num = 0;

    public static void main(String[] args){
        SoftCache<OOMClass> softCache = new SoftCache<>();
        for (int i = 0; i < 40; i++) {
            softCache.add(new OOMClass("OOM Obj-" + ++num));
        }
        System.out.println(softCache.size());
        for (int i = 0; i < softCache.size(); i++) {
            OOMClass obj = softCache.get(i);
            System.out.println(obj == null ? "null" : obj.name);
        }
        System.out.println(softCache.size());
    }

    static class OOMClass{
        private String name;
        private int[] oom = new int[1024 * 100];// 100KB

        public OOMClass(String name) {
            this.name = name;
        }
    }
}

仍使用之前的虛擬機參數：

-verbose:gc -Xms4m -Xmx4m -Xmn2m

運行結果：

[GC (Allocation Failure)  1017K->432K(3584K), 0.0012236 secs]
[GC (Allocation Failure)  1117K->496K(3584K), 0.0016875 secs]
[GC (Allocation Failure)  1347K->1229K(3584K), 0.0015059 secs]
[GC (Allocation Failure)  2047K->2125K(3584K), 0.0018090 secs]
[Full GC (Ergonomics)  2125K->1994K(3584K), 0.0054759 secs]
[Full GC (Ergonomics)  2822K->2794K(3584K), 0.0023167 secs]
[Full GC (Allocation Failure)  2794K->376K(3584K), 0.0036056 secs]
[Full GC (Ergonomics)  2795K->2776K(3584K), 0.0042365 secs]
[Full GC (Allocation Failure)  2776K->376K(3584K), 0.0035122 secs]
[Full GC (Ergonomics)  2795K->2776K(3584K), 0.0054760 secs]
[Full GC (Allocation Failure)  2776K->376K(3584K), 0.0036965 secs]
[Full GC (Ergonomics)  2802K->2777K(3584K), 0.0044513 secs]
[Full GC (Allocation Failure)  2777K->376K(3584K), 0.0041400 secs]
[Full GC (Ergonomics)  2796K->2777K(3584K), 0.0025255 secs]
[Full GC (Allocation Failure)  2777K->376K(3584K), 0.0037690 secs]
[Full GC (Ergonomics)  2817K->2777K(3584K), 0.0037759 secs]
[Full GC (Allocation Failure)  2777K->377K(3584K), 0.0042416 secs]
緩存列表大小：40
OOM Obj-37
OOM Obj-38
OOM Obj-39
OOM Obj-40
緩存列表大小：4

可以看到，緩存40個軟引用對象之後，如果一次性全部存儲，顯然內存大小無法滿足，所以在不斷創建軟引用對象的過程中，不斷發生GC來進行垃圾回收，最終只有4個軟引用未被清理掉。

強引用與軟引用對比

沒有對比就沒有傷害，來將強引用和軟引用對比一下：

public class Test {

    static class OOMClass{
        private int[] oom = new int[1024];
    }

    public static void main(String[] args) {
        testStrongReference();
        //testSoftReference();
    }

    public static void testStrongReference(){
        List<OOMClass> list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            list.add(new OOMClass());
        }
    }

    public static void testSoftReference(){
        ReferenceQueue<OOMClass> referenceQueue = new ReferenceQueue<>();
        List<SoftReference> list = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            OOMClass oomClass = new OOMClass();
            list.add(new SoftReference(oomClass, referenceQueue));
            oomClass = null;
        }
    }
}

運行testStrongReference方法的結果如下：

[GC (Allocation Failure)  1019K->384K(3584K), 0.0033595 secs]
[GC (Allocation Failure)  1406K->856K(3584K), 0.0013098 secs]
[GC (Allocation Failure)  1880K->1836K(3584K), 0.0014382 secs]
[Full GC (Ergonomics)  1836K->1756K(3584K), 0.0039761 secs]
[Full GC (Ergonomics)  2778K->2758K(3584K), 0.0021269 secs]
[Full GC (Ergonomics)  2779K->2770K(3584K), 0.0016329 secs]
[Full GC (Ergonomics)  2779K->2775K(3584K), 0.0023157 secs]
[Full GC (Ergonomics)  2775K->2775K(3584K), 0.0015927 secs]
[Full GC (Ergonomics)  3037K->3029K(3584K), 0.0025071 secs]
[Full GC (Ergonomics)  3067K->3065K(3584K), 0.0017529 secs]
[Full GC (Allocation Failure)  3065K->3047K(3584K), 0.0033445 secs]
[Full GC (Ergonomics)  3068K->3059K(3584K), 0.0016623 secs]
[Full GC (Ergonomics)  3070K->3068K(3584K), 0.0028357 secs]
[Full GC (Allocation Failure)  3068K->3068K(3584K), 0.0017616 secs]
java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
Dumping heap to java_pid3352.hprof ...
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
Heap dump file created [3855956 bytes in 0.017 secs]
[Full GC (Ergonomics)  3071K->376K(3584K), 0.0032068 secs]
    at reference.Test$OOMClass.<init>(Test.java:11)
    at reference.Test.testStrongReference(Test.java:22)
    at reference.Test.main(Test.java:15)

Process finished with exit code 1

可以看到，很快就拋出了OOM，原因是Java heap space，也就是堆內存不足。

如果運行testSoftReference方法，將會得到如下結果：

[GC (Allocation Failure)  1019K->464K(3584K), 0.0019850 secs]
[GC (Allocation Failure)  1484K->844K(3584K), 0.0015920 secs]
[GC (Allocation Failure)  1868K->1860K(3584K), 0.0043236 secs]
[Full GC (Ergonomics)  1860K->1781K(3584K), 0.0044581 secs]
[Full GC (Ergonomics)  2802K->2754K(3584K), 0.0041726 secs]
[Full GC (Ergonomics)  2802K->2799K(3584K), 0.0031293 secs]
[Full GC (Ergonomics)  3023K->3023K(3584K), 0.0024830 secs]
[Full GC (Ergonomics)  3071K->3068K(3584K), 0.0035025 secs]
[Full GC (Allocation Failure)  3068K->405K(3584K), 0.0040672 secs]
[GC (Allocation Failure)  1512K->1567K(3584K), 0.0011170 secs]
[Full GC (Ergonomics)  1567K->1496K(3584K), 0.0048438 secs]

可以看到，並沒有拋出OOM，而是進行多次了GC，可以明顯的看到這一條：

[Full GC (Allocation Failure)  3068K->405K(3584K), 0.0040672 secs]

當內存不足時進行了一次Full GC，回收了大部分內存空間，也就是將大部分軟引用指向的對象回收掉了。

小結

• 軟引用弱於強引用
• 軟引用指向的對象會在內存不足時被垃圾回收清理掉
• JVM會優先回收長時間閑置不用的軟引用對象，對那些剛剛構建的或剛剛使用過的軟引用對象會盡可能保留
• 軟引用可以有效的解決OOM問題
• 軟引用適合用作非必須大對象的緩存

至此，本篇就告一段落了，這裏只簡單的介紹了軟引用的作用以及用法。其實軟引用並沒有這麽好，它的使用有一些可能是致命的缺點，如果想要更深入的了解軟引用的運行原理以及軟引用到底是在何時進行回收，又是如何進行回收的話，可以查看翻閱後續的章節。

Java 軟引用