弱引用

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计算机程序设计中,弱引用,与强引用相对,是指不能确保其引用的对象不会被垃圾回收器回收的引用。一个对象若只被弱引用所引用,则被认为是不可访问(或弱可访问)的,并因此可能在任何时刻被回收。一些配有垃圾回收机制的语言,如JavaC#PythonPerlLisp等都在不同程度上支持弱引用。

垃圾回收[编辑]

垃圾回收用来清理不会再使用的对象,从而降低内存泄露和数据损坏的可能性。垃圾回收主要有两种类型:追踪和引用计数。引用计数会记录给定对象的引用个数,并在引用个数为零时收集该对象。由于一次仅能有一个对象被回收,引用计数无法回收循环引用的对象。一组相互引用的对象若没有被其它对象直接引用,并且不可访问,则会永久存活下来。一个应用程序如果持续地产生这种不可访问的对象群组,就会发生内存泄漏。在对象群组内部使用弱引用(即不会在引用计数中被计数的引用)有时能避免出现引用环,因此弱引用可用于解决循环引用的问题。如Apple的Cocoa框架就推荐使用这种方法,具体为,在父对子引用时使用强引用,子对父引用时使用弱引用,从而避免了循环引用。[1]

程序对一些对象只进行弱引用,通过此法可以指明哪些对象是不重要的,因此弱引用也用于尽量减少内存中不必要的对象存在的数量。

变种[编辑]

有些语言包含多种强度的弱引用。例如Java,在java.lang.ref[1]包中定义了软引用弱引用虚引用,引用强度依次递减。每种引用都有相对应的可访问性概念。垃圾回收器(GC)通过判断对象的可访问性类型来确定何时回收该对象。当一个对象是软可访问的,垃圾回收器就可以安全回收这个对象,但如果垃圾回收器认为JVM还能空出可用内存(比如JVM还有大量未使用的堆空间),则有可能不会立刻回收软可访问的对象。但对于弱可访问的对象,一旦被垃圾回收器注意到,就会被回收。和其他引用种类不同,虚引用无法跟踪。但另一方面,虚引用提供了一种机制,当一个对象被回收时程序可以得到通知(实现于ReferenceQueues)。 一些未配有垃圾回收机制的语言,比如C++,也提供强/弱引用的功能,以作为对垃圾回收库的支持。在C++中,普通指针可看做弱引用,智能指针可看做强引用,尽管指针不能算"真正"的弱引用,因为弱引用应该能知道何时对象变成不可访问的了。

示例[编辑]

弱引用可用于在应用程序中维护一个当前被引用的对象的列表。该列表必须弱引用到那些对象,否则一旦对象被添加到列表中,由于它们被列表引用了,在程序运行期间永远不会被回收。

Java[编辑]

Java是第一个将强引用作为默认对象引用的主流语言。之前的(ANSI)C语言只支持弱引用。而后David Hostettler Wain和Scott Alexander Nesmith注意到事件树无法正常释放的问题,结果在大约1998年,推出了分别会被计数和不会被计数的强、弱引用。 如果创建了一个弱引用,然后在代码的其它地方用 get()获得真实对象,由于弱引用无法阻止垃圾回收,get()随时有可能开始返回`null`(假如对象没有被强引用)。[2]

import java.lang.ref.WeakReference;
 
public class ReferenceTest {
	public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
 
            WeakReference r = new WeakReference(new String("I'm here"));
            WeakReference sr = new WeakReference("I'm here");
            System.out.println("before gc: r=" + r.get() + ", static=" + sr.get());
            System.gc();
            Thread.sleep(100);
 
            //只有r.get()变为null
            System.out.println("after gc: r=" + r.get() + ", static=" + sr.get());
 
	}
}

弱引用还可以用来实现缓存。例如用弱哈希表,即通过弱引用来缓存各种引用对象的哈希表。当垃圾回收器运行时,假如应用程序的内存占用量高到一定程度,那些不再被其它对象所引用的缓存对象就会被自动释放。

Smalltalk[编辑]

|a s1 s2|
 
s1 := 'hello' copy. "这是个强引用"
s2 := 'world' copy. "这是个强引用"
a := WeakArray with:s1 with:s2.
a printOn: Transcript. 
ObjectMemory collectGarbage.
a printOn: Transcript. "两个元素都还在"
 
s1 := nil. "移除强引用" 
ObjectMemory collectGarbage.
a printOn: Transcript. "第一个元素消失"
 
s2 := nil. "移除强引用" 
ObjectMemory collectGarbage.
a printOn: Transcript. "第二个元素消失"

Lua[编辑]

weak_table = setmetatable({}, {__mode="v"})
weak_table.item = {}
print(weak_table.item)
collectgarbage()
print(weak_table.item)

Objective-C 2.0[编辑]

在Objective-C 2.0中,除了垃圾回收,自动引用计数也会受弱引用的影响。下面这个例子中的所有变量和属性都是弱引用。

@interface WeakRef : NSObject
{
    __weak NSString *str1;
    __assign NSString *str2;
}
 
@property (nonatomic, weak) NSString *str3;
@property (nonatomic, assign) NSString *str4;
 
@end

weak(__weak)和assign(__assign)的区别在于,当变量指向的对象被重新分配时,变量的值是否会跟着改变。weak声明的变量会变为nil,而assign声明的变量则会保持不变,成为一个悬摆指针。从Mac OX 10.7 “狮子”系统和iOS 5开始,随着Xcode 4.1版本的推出,weak引用被引入到Objective-C语言中(4.2版本开始支持iOS)。老版本的Mac OS X、iOS和GNUstep仅支持用assign声明弱引用。

Vala[编辑]

class Node {
    public weak Node prev; //弱引用可避免列表中的节点之间出现循环引用
    public Node next;
}

注释[编辑]

  1. ^ Nicholas, Ethan. "Understanding Weak References". java.net. 发布于2006年5月4日. 访问于2010年10月1日
  2. ^ weblogs.java.net Java Examples