Android利用軟引用和弱引用避免OOM的方法

想必很多朋友對OOM（OutOfMemory）這個錯誤不會陌生，而當遇到這種錯誤如何有效地解決這個問題呢？今天我們就來說一下如何利用軟引用和弱引用來有效地解決程序中出現的OOM問題.

一.了解 強引用、軟引用、弱引用、虛引用的概念

　　在Java中，雖然不需要程序員手動去管理對象的生命周期，但是如果希望某些對象具備一定的生命周期的話（比如內存不足時JVM就會自動回收某些對象從而避免OutOfMemory的錯誤）就需要用到軟引用和弱引用了。

　　從Java SE2開始，就提供了四種類型的引用：強引用、軟引用、弱引用和虛引用。Java中提供這四種引用類型主要有兩個目的：第一是可以讓程序員通過代碼的方式決定某些對象的生命周期；第二是有利於JVM進行垃圾回收。下面來闡述一下這四種類型引用的概念：

　　1.強引用（StrongReference）

　　強引用就是指在程序代碼之中普遍存在的，比如下面這段代碼中的object和str都是強引用：

Object object = new Object();
String str = "hello"; 

　　只要某個對象有強引用與之關聯，JVM必定不會回收這個對象，即使在內存不足的情況下，JVM寧願拋出OutOfMemory錯誤也不會回收這種對象。比如下面這段代碼：

public class Main {
public static void main(String[] args) {
new Main().fun1();
}
public void fun1() {
Object object = new Object();
Object[] objArr = new Object[1000];
}
}

當運行至Object[] objArr = new Object[1000];這句時，如果內存不足，JVM會拋出OOM錯誤也不會回收object指向的對象。不過要注意的是，當fun1運行完之後，object和objArr都已經不存在了，所以它們指向的對象都會被JVM回收。

　　如果想中斷強引用和某個對象之間的關聯，可以顯示地將引用賦值為null，這樣一來的話，JVM在合適的時間就會回收該對象。

　　比如Vector類的clear方法中就是通過將引用賦值為null來實現清理工作的：

/**
* Removes the element at the specified position in this Vector.
* Shifts any subsequent elements to the left (subtracts one from their
* indices). Returns the element that was removed from the Vector.
*
* @throws ArrayIndexOutOfBoundsException if the index is out of range
* ({@code index < 0 || index >= size()})
* @param index the index of the element to be removed
* @return element that was removed
* @since 1.2
*/
public synchronized E remove(int index) {
modCount++;
if (index >= elementCount)
throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);
Object oldValue = elementData[index];
int numMoved = elementCount - index - 1;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
elementData[--elementCount] = null; // Let gc do its work
return (E)oldValue;
}

　　2.軟引用（SoftReference）

　　軟引用是用來描述一些有用但並不是必需的對象，在Java中用java.lang.ref.SoftReference類來表示。對於軟引用關聯著的對象，只有在內存不足的時候JVM才會回收該對象。因此，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。

　　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JVM回收，這個軟引用就會被加入到與之關聯的引用隊列中。下面是一個使用示例：

import java.lang.ref.SoftReference;
public class Main {
public static void main(String[] args) {
SoftReference<String> sr = new SoftReference<String>(new String("hello"));
System.out.println(sr.get());
}
}

　　3.弱引用（WeakReference）

　　弱引用也是用來描述非必需對象的，當JVM進行垃圾回收時，無論內存是否充足，都會回收被弱引用關聯的對象。在java中，用java.lang.ref.WeakReference類來表示。下面是使用示例：

import java.lang.ref.WeakReference;
public class Main {
public static void main(String[] args) {
WeakReference<String> sr = new WeakReference<String>(new String("hello"));
System.out.println(sr.get());
System.gc(); //通知JVM的gc進行垃圾回收
System.out.println(sr.get());
}
}

　　輸出結果為：

hello
null

　　第二個輸出結果是null，這說明只要JVM進行垃圾回收，被弱引用關聯的對象必定會被回收掉。不過要注意的是，這裡所說的被弱引用關聯的對象是指只有弱引用與之關聯，如果存在強引用同時與之關聯，則進行垃圾回收時也不會回收該對象（軟引用也是如此）。

　　弱引用可以和一個引用隊列（ReferenceQueue）聯合使用，如果弱引用所引用的對象被JVM回收，這個軟引用就會被加入到與之關聯的引用隊列中。

　　4.虛引用（PhantomReference）

　　虛引用和前面的軟引用、弱引用不同，它並不影響對象的生命周期。在java中用java.lang.ref.PhantomReference類表示。如果一個對象與虛引用關聯，則跟沒有引用與之關聯一樣，在任何時候都可能被垃圾回收器回收。

　　要注意的是，虛引用必須和引用隊列關聯使用，當垃圾回收器准備回收一個對象時，如果發現它還有虛引用，就會把這個虛引用加入到與之 關聯的引用隊列中。程序可以通過判斷引用隊列中是否已經加入了虛引用，來了解被引用的對象是否將要被垃圾回收。如果程序發現某個虛引用已經被加入到引用隊列，那麼就可以在所引用的對象的內存被回收之前采取必要的行動。

import java.lang.ref.PhantomReference;
import java.lang.ref.ReferenceQueue;
public class Main {
public static void main(String[] args) {
ReferenceQueue<String> queue = new ReferenceQueue<String>();
PhantomReference<String> pr = new PhantomReference<String>(new String("hello"), queue);
System.out.println(pr.get());
}
}

二.進一步理解軟引用和弱引用

　　對於強引用，我們平時在編寫代碼時經常會用到。而對於其他三種類型的引用，使用得最多的就是軟引用和弱引用，這2種既有相似之處又有區別。它們都是用來描述非必需對象的，但是被軟引用關聯的對象只有在內存不足時才會被回收，而被弱引用關聯的對象在JVM進行垃圾回收時總會被回收。

　　在SoftReference類中，有三個方法，兩個構造方法和一個get方法（WekReference類似）：

　　兩個構造方法：

public SoftReference(T referent) {
super(referent);
this.timestamp = clock;
}
public SoftReference(T referent, ReferenceQueue<? super T> q) {
super(referent, q);
this.timestamp = clock;
}

　　get方法用來獲取與軟引用關聯的對象的引用，如果該對象被回收了，則返回null。

　　在使用軟引用和弱引用的時候，我們可以顯示地通過System.gc()來通知JVM進行垃圾回收，但是要注意的是，雖然發出了通知，JVM不一定會立刻執行，也就是說這句是無法確保此時JVM一定會進行垃圾回收的。

三.如何利用軟引用和弱引用解決OOM問題

　　前面講了關於軟引用和弱引用相關的基礎知識，那麼到底如何利用它們來優化程序性能，從而避免OOM的問題呢？

　　下面舉個例子，假如有一個應用需要讀取大量的本地圖片，如果每次讀取圖片都從硬盤讀取，則會嚴重影響性能，但是如果全部加載到內存當中，又有可能造成內存溢出，此時使用軟引用可以解決這個問題。

　　設計思路是：用一個HashMap來保存圖片的路徑 和 相應圖片對象關聯的軟引用之間的映射關系，在內存不足時，JVM會自動回收這些緩存圖片對象所占用的空間，從而有效地避免了OOM的問題。在Android開發中對於大量圖片下載會經常用到。

　　下面這段代碼是摘自博客：

　　http://blog.csdn.net/arui319/article/details/8489451

private Map<String, SoftReference<Bitmap>> imageCache = new HashMap<String, SoftReference<Bitmap>>();
<br>....
public void addBitmapToCache(String path) {
// 強引用的Bitmap對象
Bitmap bitmap = BitmapFactory.decodeFile(path);
// 軟引用的Bitmap對象
SoftReference<Bitmap> softBitmap = new SoftReference<Bitmap>(bitmap);
// 添加該對象到Map中使其緩存
imageCache.put(path, softBitmap);
}
public Bitmap getBitmapByPath(String path) {
// 從緩存中取軟引用的Bitmap對象
SoftReference<Bitmap> softBitmap = imageCache.get(path);
// 判斷是否存在軟引用
if (softBitmap == null) {
return null;
}
// 取出Bitmap對象，如果由於內存不足Bitmap被回收，將取得空
Bitmap bitmap = softBitmap.get();
return bitmap;
} 

　　當然這裡我們把緩存替換策略交給了JVM去執行，這是一種比較簡單的處理方法。復雜一點的緩存，我們可以自己單獨設計一個類，這裡面就涉及到緩存策略的問題了，具體可以參考之前的一篇博文：《緩存算法（頁面置換算法）-FIFO、LFU、LRU》