（点击上方公众号，可快速关注）
来源：林玲 投稿，
www.jianshu.com/p/f86d3a43eec5
如有好文章投稿，请点击 → 这里了解详情
ReferenceQueue
引用队列，在检测到适当的可到达性更改后，垃圾回收器将已注册的引用对象添加到该队列中。
实现了一个队列的入队(enqueue)和出队(poll还有remove)操作，内部元素就是泛型的Reference，并且Queue的实现，是由Reference自身的链表结构( 单向循环链表 )所实现的。
ReferenceQueue名义上是一个队列，但实际内部并非有实际的存储结构，它的存储是依赖于内部节点之间的关系来表达。可以理解为queue是一个类似于链表的结构，这里的节点其实就是reference本身。可以理解为queue为一个链表的容器，其自己仅存储当前的head节点，而后面的节点由每个reference节点自己通过next来保持即可。
属性
head：始终保存当前队列中最新要被处理的节点，可以认为queue为一个后进先出的队列。当新的节点进入时，采取以下的逻辑：
r.next = (head == null) ? r : head;
head = r;
然后，在获取的时候，采取相应的逻辑：
Reference extends T> r = head;
if (r != null) {
head = (r.next == r) ?
null :
r.next; // Unchecked due to the next field having a raw type in Reference
r.queue = NULL;
r.next = r;
方法
enqueue()：待处理引用入队
boolean enqueue(Reference extends T> r) { /* Called only by Reference class */
synchronized (lock) {
// Check that since getting the lock this reference hasn't already been
// enqueued (and even then removed)
ReferenceQueue> queue = r.queue;
if ((queue == NULL) || (queue == ENQUEUED)) {
return false;
}
assert queue == this;
r.queue = ENQUEUED;
r.next = (head == null) ? r : head;
head = r;
queueLength++;
if (r instanceof FinalReference) {
sun.misc.VM.addFinalRefCount(1);
}
lock.notifyAll(); // ①
return true;
}
}
① lock.notifyAll(); 通知外部程序之前阻塞在当前队列之上的情况。( 即之前一直没有拿到待处理的对象，如ReferenceQueue的remove()方法 )
Reference
java.lang.ref.Reference 为 软（soft）引用、弱（weak）引用、虚（phantom）引用的父类。
因为Reference对象和垃圾回收密切配合实现，该类可能不能被直接子类化。
可以理解为Reference的直接子类都是由jvm定制化处理的,因此在代码中直接继承于Reference类型没有任何作用。但可以继承jvm定制的Reference的子类。
例如：Cleaner 继承了 PhantomReference
public class Cleaner extends PhantomReference
构造函数
其内部提供2个构造函数，一个带queue，一个不带queue。其中queue的意义在于，我们可以在外部对这个queue进行监控。即如果有对象即将被回收，那么相应的reference对象就会被放到这个queue里。我们拿到reference，就可以再作一些事务。
而如果不带的话，就只有不断地轮询reference对象，通过判断里面的get是否返回null( phantomReference对象不能这样作，其get始终返回null，因此它只有带queue的构造函数 )。这两种方法均有相应的使用场景，取决于实际的应用。如weakHashMap中就选择去查询queue的数据，来判定是否有对象将被回收。而ThreadLocalMap，则采用判断get()是否为null来作处理。
/* -- Constructors -- */
Reference(T referent) {
this(referent, null);
}
Reference(T referent, ReferenceQueue super T> queue) {
this.referent = referent;
this.queue = (queue == null) ? ReferenceQueue.NULL : queue;
}
如果我们在创建一个引用对象时，指定了ReferenceQueue，那么当引用对象指向的对象达到合适的状态（根据引用类型不同而不同）时，GC 会把引用对象本身添加到这个队列中，方便我们处理它，因为“引用对象指向的对象 GC 会自动清理，但是引用对象本身也是对象（是对象就占用一定资源），所以需要我们自己清理。”
Reference链表结构内部主要的成员有
① pending 和 discovered
/* List of References waiting to be enqueued. The collector adds
* References to this list, while the Reference-handler thread removes
* them. This list is protected by the above lock object. The
* list uses the discovered field to link its elements.
*/
private static Reference
/* When active: next element in a discovered reference list maintained by GC (or this if last)
* pending: next element in the pending list (or null if last)
* otherwise: NULL
*/
transient private Reference discovered; /* used by VM */
可以理解为jvm在gc时会将要处理的对象放到这个静态字段上面。同时，另一个字段discovered：表示要处理的对象的下一个对象。即可以理解要处理的对象也是一个链表，通过discovered进行排队，这边只需要不停地拿到pending，然后再通过discovered不断地拿到下一个对象赋值给pending即可，直到取到了最有一个。因为这个pending对象，两个线程都可能访问,因此需要加锁处理。
if (pending != null) {
r = pending;
// 'instanceof' might throw OutOfMemoryError sometimes
// so do this before un-linking 'r' from the 'pending' chain...
c = r instanceof Cleaner ? (Cleaner) r : null;
// unlink 'r' from 'pending' chain
pending = r.discovered;
r.discovered = null;
② referent
private T referent; /* Treated specially by GC */
referent字段由GC特别处理
referent：表示其引用的对象，即我们在构造的时候需要被包装在其中的对象。对象即将被回收的定义：此对象除了被reference引用之外没有其它引用了( 并非确实没有被引用，而是gcRoot可达性不可达,以避免循环引用的问题 )。如果一旦被回收，则会直接置为null，而外部程序可通过引用对象本身( 而不是referent，这里是reference#get() )了解到回收行为的产生( PhntomReference除外 )。
③ next
/* When active: NULL
* pending: this
* Enqueued: next reference in queue (or this if last)
* Inactive: this
*/
@SuppressWarnings("rawtypes")
Reference next;
next：即描述当前引用节点所存储的下一个即将被处理的节点。但next仅在放到queue中才会有意义( 因为，只有在enqueue的时候，会将next设置为下一个要处理的Reference对象 )。为了描述相应的状态值，在放到队列当中后，其queue就不会再引用这个队列了。而是引用一个特殊的ENQUEUED。因为已经放到队列当中，并且不会再次放到队列当中。
④ discovered
/* When active: next element in a discovered reference list maintained by GC (or this if last)
* pending: next element in the pending list (or null if last)
* otherwise: NULL
*/
transient private Reference discovered; /* used by VM */
被VM使用
discovered：当处于active状态时：discoverd reference的下一个元素是由GC操纵的( 如果是最后一个了则为this )；当处于pending状态：discovered为pending集合中的下一个元素( 如果是最后一个了则为null )；其他状态：discovered为null
⑤ lock
static private class Lock { }
private static Lock lock = new Lock();
lock：在垃圾收集中用于同步的对象。收集器必须获取该锁在每次收集周期开始时。因此这是至关重要的：任何持有该锁的代码应该尽快完成，不分配新对象，并且避免调用用户代码。
⑥ pending
/* List of References waiting to be enqueued. The collector adds
* References to this list, while the Reference-handler thread removes
* them. This list is protected by the above lock object. The
* list uses the discovered field to link its elements.
*/
private static Reference
pending：等待被入队的引用列表。收集器会添加引用到这个列表，直到Reference-handler线程移除了它们。这个列表被上面的lock对象保护。这个列表使用discovered字段来连接它自己的元素( 即pending的下一个元素就是discovered对象 )。
⑦ queue
volatile ReferenceQueue super T> queue;
queue：是对象即将被回收时所要通知的队列。当对象即被回收时，整个reference对象( 而不是被回收的对象 )会被放到queue里面，然后外部程序即可通过监控这个queue拿到相应的数据了。
这里的queue( 即，ReferenceQueue对象 )名义上是一个队列，但实际内部并非有实际的存储结构，它的存储是依赖于内部节点之间的关系来表达。可以理解为queue是一个类似于链表的结构，这里的节点其实就是reference本身。可以理解为queue为一个链表的容器，其自己仅存储当前的head节点，而后面的节点由每个reference节点自己通过next来保持即可。
Queue的另一个作用是可以区分不同状态的Reference。Reference有4种状态，不同状态的reference其queue也不同：
Active：新创建的引用对象都是这个状态，在 GC 检测到引用对象已经到达合适的reachability时，GC 会根据引用对象是否在创建时制定ReferenceQueue参数进行状态转移，如果指定了，那么转移到Pending，如果没指定，转移到Inactive。
Pending：pending-Reference列表中的引用都是这个状态，它们等着被内部线程ReferenceHandler处理入队（会调用ReferenceQueue.enqueue方法）。没有注册的实例不会进入这个状态。
Enqueued：相应的对象已经为待回收，并且相应的引用对象已经放到queue当中了。准备由外部线程来询问queue获取相应的数据。调用ReferenceQueue.enqueued方法后的Reference处于这个状态中。当Reference实例从它的ReferenceQueue移除后，它将成为Inactive。没有注册的实例不会进入这个状态。
Inactive：即此对象已经由外部从queue中获取到，并且已经处理掉了。即意味着此引用对象可以被回收，并且对内部封装的对象也可以被回收掉了( 实际的回收运行取决于clear动作是否被调用 )。可以理解为进入到此状态的肯定是应该被回收掉的。一旦一个Reference实例变为了Inactive，它的状态将不会再改变。
jvm并不需要定义状态值来判断相应引用的状态处于哪个状态，只需要通过计算next和queue即可进行判断。
Active：queue为创建一个Reference对象时传入的ReferenceQueue对象；如果ReferenceQueue对象为空或者没有传入ReferenceQueue对象，则为ReferenceQueue.NULL；next==null；
Pending：queue为初始化时传入ReferenceQueue对象；next==this(由jvm设置)；
Enqueue：当queue!=null && queue != ENQUEUED 时；设置queue为ENQUEUED；next为下一个要处理的reference对象，或者若为最后一个了next==this；
Inactive：queue = ReferenceQueue.NULL; next = this.
通过这个组合，收集器只需要检测next属性为了决定是否一个Reference实例需要特殊的处理：如果next==null，则实例是active；如果next!=null，为了确保并发收集器能够发现active的Reference对象，而不会影响可能将enqueue()方法应用于这些对象的应用程序线程，收集器应通过discovered字段链接发现的对象。discovered字段也用于链接pending列表中的引用对象。
外部从queue中获取Reference
WeakReference对象进入到queue之后,相应的referent为null。
SoftReference对象，如果对象在内存足够时，不会进入到queue，自然相应的referent不会为null。如果需要被处理( 内存不够或其它策略 )，则置相应的referent为null，然后进入到queue。通过debug发现，SoftReference是pending状态时，referent就已经是null了，说明此事referent已经被GC回收了。
FinalReference对象，因为需要调用其finalize对象，因此其reference即使入queue，其referent也不会为null，即不会clear掉。
PhantomReference对象，因为本身get实现为返回null。因此clear的作用不是很大。因为不管enqueue还是没有，都不会清除掉。
Q：如果PhantomReference对象不管enqueue还是没有，都不会清除掉reference对象，那么怎么办？这个reference对象不就一直存在这了？？而且JVM是会直接通过字段操作清除相应引用的，那么是不是JVM已经释放了系统底层资源，但java代码中该引用还未置null？？
A：不会的，虽然PhantomReference有时候不会调用clear，如Cleaner对象 。但Cleaner的clean()方法只调用了remove(this)，这样当clean()执行完后，Cleaner就是一个无引用指向的对象了，也就是可被GC回收的对象。
active ——> pending ：Reference#tryHandlePending
pending ——> enqueue ：ReferenceQueue#enqueue
enqueue ——> inactive ：Reference#clear
重要方法
① clear()
/**
* Clears this reference object. Invoking this method will not cause this
* object to be enqueued.
*
* This method is invoked only by Java code; when the garbage collector
* clears references it does so directly, without invoking this method.
*/
public void clear() {
this.referent = null;
}
调用此方法不会导致此对象入队。此方法仅由Java代码调用；当垃圾收集器清除引用时，它直接执行，而不调用此方法。
clear的语义就是将referent置null。
清除引用对象所引用的原对象，这样通过get()方法就不能再访问到原对象了( PhantomReference除外 )。从相应的设计思路来说，既然都进入到queue对象里面，就表示相应的对象需要被回收了，因为没有再访问原对象的必要。此方法不会由JVM调用，而JVM是直接通过字段操作清除相应的引用，其具体实现与当前方法相一致。
② ReferenceHandler线程
static {
ThreadGroup tg = Thread.currentThread().getThreadGroup();
for (ThreadGroup tgn = tg;
tgn != null;
tg = tgn, tgn = tg.getParent());
Thread handler = new ReferenceHandler(tg, "Reference Handler");
/* If there were a special system-only priority greater than
* MAX_PRIORITY, it would be used here
*/
handler.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY);
handler.setDaemon(true);
handler.start();
// provide access in SharedSecrets
SharedSecrets.setJavaLangRefAccess(new JavaLangRefAccess() {
@Override
public boolean tryHandlePendingReference() {
return tryHandlePending(false);
}
});
}
其优先级最高，可以理解为需要不断地处理引用对象。
private static class ReferenceHandler extends Thread {
private static void ensureClassInitialized(Class> clazz) {
try {
Class.forName(clazz.getName(), true, clazz.getClassLoader());
} catch (ClassNotFoundException e) {
throw (Error) new NoClassDefFoundError(e.getMessage()).initCause(e);
}
}
static {
// pre-load and initialize InterruptedException and Cleaner classes
// so that we don't get into trouble later in the run loop if there's
// memory shortage while loading/initializing them lazily.
ensureClassInitialized(InterruptedException.class);
ensureClassInitialized(Cleaner.class);
}
ReferenceHandler(ThreadGroup g, String name) {
super(g, name);
}
public void run() {
while (true) {
tryHandlePending(true);
}
}
}
③ tryHandlePending()
/**
* Try handle pending {@link Reference} if there is one.
* Return {@code true} as a hint that there might be another
* {@link Reference} pending or {@code false} when there are no more pending
* {@link Reference}s at the moment and the program can do some other
* useful work instead of looping.
*
* @param waitForNotify if {@code true} and there was no pending
* {@link Reference}, wait until notified from VM
* or interrupted; if {@code false}, return immediately
* when there is no pending {@link Reference}.
* @return {@code true} if there was a {@link Reference} pending and it
* was processed, or we waited for notification and either got it
* or thread was interrupted before being notified;
* {@code false} otherwise.
*/
static boolean tryHandlePending(boolean waitForNotify) {
Reference
Cleaner c;
try {
synchronized (lock) {
if (pending != null) {
r = pending;
// 'instanceof' might throw OutOfMemoryError sometimes
// so do this before un-linking 'r' from the 'pending' chain...
c = r instanceof Cleaner ? (Cleaner) r : null;
// unlink 'r' from 'pending' chain
pending = r.discovered;
r.discovered = null;
} else {
// The waiting on the lock may cause an OutOfMemoryError
// because it may try to allocate exception objects.
if (waitForNotify) {
lock.wait();
}
// retry if waited
return waitForNotify;
}
}
} catch (OutOfMemoryError x) {
// Give other threads CPU time so they hopefully drop some live references
// and GC reclaims some space.
// Also prevent CPU intensive spinning in case 'r instanceof Cleaner' above
// persistently throws OOME for some time...
Thread.yield();
// retry
return true;
} catch (InterruptedException x) {
// retry
return true;
}
// Fast path for cleaners
if (c != null) {
c.clean();
return true;
}
ReferenceQueue super Object> q = r.queue;
if (q != ReferenceQueue.NULL) q.enqueue(r);
return true;
}
这个线程在Reference类的static构造块中启动，并且被设置为高优先级和daemon状态。此线程要做的事情，是不断的检查pending 是否为null，如果pending不为null，则将pending进行enqueue，否则线程进入wait状态。
由此可见，pending是由jvm来赋值的，当Reference内部的referent对象的可达状态改变时，jvm会将Reference对象放入pending链表。并且这里enqueue的队列是我们在初始化( 构造函数 )Reference对象时传进来的queue，如果传入了null( 实际使用的是ReferenceQueue.NULL )，则ReferenceHandler则不进行enqueue操作，所以只有非RefernceQueue.NULL的queue才会将Reference进行enqueue。
ReferenceQueue是作为 JVM GC与上层Reference对象管理之间的一个消息传递方式，它使得我们可以对所监听的对象引用可达发生变化时做一些处理
参考
http://www.importnew.com/21633.html
http://hongjiang.info/java-referencequeue/
http://www.cnblogs.com/jabnih/p/6580665.html
Java引用类型
http://liujiacai.net/blog/2015/09/27/java-weakhashmap/
看完本文有收获？请转发分享给更多人
关注「ImportNew」，提升Java技能
