Java中的引用和动态代理的实现详解

我们知道，动态代理（这里指JDK的动态代理）与静态代理的区别在于，其真实的代理类是动态生成的。但具体是怎么生成，生成的代理类包含了哪些内容，以什么形式存在，它为什么一定要以接口为基础？

如果去看动态代理的源代码（java.lang.reflect.Proxy），会发现其原理很简单（真正二进制类文件的生成是在本地方法中完成，源代码中没有），但其中用到了一个缓冲类java.lang.reflect.WeakCache[],Class>，这个类用到了弱引用来构建。

在JDK的3个特殊引用中，弱引用是使用范围最广的，它的特性也最清晰，相对而言，其他两种逻辑稍显晦涩，源码中的注释也语焉不详。本文将简单介绍几种引用的行为特征，然后分析一下弱引用的一些实际应用场景，其中包含了动态代理中的实现。本文将包含以下内容：

JDK中的引用类型

不同引用类型对GC行为的影响

引用类型的实现

ThreadLocal对弱引用的使用

动态代理对弱引用的实现

虚引用如何导致内存泄漏

JDK中「引用（Reference）」的类型

Java的所有运行逻辑都是基于引用的，其形态类似于不可变的指针，所以在Java中会有一些很绕的概念，比如说，Java中函数的传参是值传递，但这里所说的值，其实是引用的值，所以你可以通过一个函数的参数来修改其对象的值。另一方面，Java中还存在一些基本数据类型，它们没有引用，传递的是真实的值，所以不能在函数内部修改参数的值。

关于引用，Java中有这样几种：

1.强引用

所有对象的引用默认为强引用，普通代码中，赋值语句之间传递的都是强引用，如果一个对象可以被某个线程（活着的，下同）通过强引用访问到，则称之为强可达的（StronglyReachable）。

强可达的对象不会被GC回收。

2.软引用（SoftReference）

当一个对象不是强可达的，但可以被某个线程通过软引用访问到，则称之为软可达的（SoftlyReachable）。

软可达的对象的引用只有在内存不足时会被清除，使之可以被GC回收。在这一点上，JVM是不保证具体什么时候清除软引用，但可以保证在OOM之前会清除软可达的对象。同时，JVM也不保证软可达的对象的回收顺序，但OracleJDK的文档中提到，最近创建和最近使用的软可达对象往往会最后被回收，与LRU类似。

关于软可达的对象何时被回收，可以参考Oracle的文档。

3.弱引用（WeakReference）

当一个对象不是强可达的，也不是软可达的，但可以被某个线程通过弱引用访问到，则称之为弱可达的（WeaklyReachable）。

弱引用是除了强引用之外，使用最广泛的引用类型，它的特性也更简单，当一个对象是弱可达时，JVM就会清除这个对象上的弱引用，随后对这个对象进行回收动作。

4.虚引用（PhantomReference）

当一个对象，通过以上几种可达性分析都不可达，且已经finalized，但有虚引用指向它，则它是虚可达的（PhantomReachable）。

虚引用是行为最诡异，使用方法最难的引用，后边会讲到。

虚引用不会影响GC，它的get()方法永远返回null，唯一的用处就是在GCfinalize一个对象之后，它会被放到指定的队列中去。关于这个队列会在下边说明。

不同GC行为背后的原理

JVMGC的可达性分析

JVM的GC通过可达性分析来判断一个对象是否可被回收，其基本思路就是以GCRoots为起点遍历链路上所有对象，当一个对象和GCRoots之间没有任何的直接或间接引用相连时，就称之为不可达对象，则证明此对象是不可用的。

而进一步，Java中又定义了如上所述的4种不同的可达性，用来实现更精细的GC策略。

Finalaze和ReferenceQueue

对于普通的强引用对象，如果其变成不可达之后，通常GC会进行Finalize（Finalize主要目的是让用户可以自定义释放资源的过程，通常是释放本地方法中使用的资源），然后将它的对象销毁回收，但对于本文中讨论的3种引用，还有可能在这个过程中做一些别的事情：

GC根据约定的规则来决定是否清除这些引用

这方面上一节已经讲过了，每个引用类型都有约定的处理规则。

如果它们注册了引用队列，在Finalize对象后，将引用的对象放入队列。

主要用来使开发者可以得到对象被销毁的通知，当然，如虚引用这样的，其引用不会自动被清除，所以它可以阻止其所引用的对象被回收。

引用（java.lang.ref.Reference）对象的状态

这里所说的「引用对象」指的是由类java.lang.ref.Reference生产的对象，这个对象上保持了「需要特殊处理的」对「目标对象」的引用。

引用对象有4种状态，根据它与其注册的队列的关系，分为以下4种：

Active

引用对象的初始状态，表示GC要按照特殊的逻辑来处理这个对象，大致方法就是按照上一节提到的。

Pending

如果一个引用对象，其注册了队列，在入队之前，会进入这个状态。

Enqueued

一个引用对象入队后，进入这个状态。

Inactive

一个引用对象出队后，或者没有注册队列，其队列是一个特殊的对象java.lang.ref.ReferenceQueue.NULL，表示这个对象已经没有用了。

几种引用的实际应用

日常开发工作中，用到除强引用之外的引用的可能性很小，只有在处理一些性能敏感的逻辑时，才需要考虑使用这些特殊的引用，下面就举几个相关的实际例子，分析其使用场景。

软引用

弱引用的使用比较简单，如Guava中的LocalCache中就是用了SoftReference来做缓存。

弱引用

弱引用是使用的比较多的，从上文的描述可知：对于一个「目标对象A」，如果还有强引用指向它，那么从一个弱引用就可以访问到A，一旦没有强引用指向它，那么就可以认为，从这个弱引用就访问不到A了（实际情况可能会有偏差）。

根据这个特点，JDK中注释说到，弱引用通常用来做映射表（canonicalizingmapping），总结下来映射表有这样2个特点：

如果表中的Key（或者Value）还存在强引用，则可以通过Key访问到Value，反之则访问不到

换句话说，只要有原始的Key，就能访问到Value。

映射表本身不会影响其中Key或者Value的GC

在JDK中有很多个地方使用了它的这个特点，下面是2个具有代表性的实例。

1.ThreadLocal

ThreadLocal的原理比较简单，线程中保持了一个以ThreadLocal为Key的ThreadLocal.ThreadLocalMap对象threadLocals，其中的Entry如代码1中所示：

 //代码1 static class Entry extends WeakReference

其引用关系如下图所示：

ThreadLocal中的引用关系

从上图可以看出，当引用2被清除之后（ThreadLocal对象不再使用），如果引用4为强引用，则不论引用1是否还存在，只要Thread对象还没死，则对象1和对象2永远不会被释放。

2.动态代理

动态代理是Java世界一个十分重要的特性，对于需要做AOP的业务逻辑十分重要。JDK本身提供了基于反射的动态代理机制，其原理大致是要通过预先定义的接口（interface）来动态的生成代理类，并将之代理到InvocationHandler的实例上去。JDK的动态代理使用起来很简单，如下代码2中所示：

 //代码2 package me.lk; import java.lang.reflect.*; public class TestProxy { /** * 两个预定义的需要被代理的接口 */ public static interface ProxiedInterface { void proxiedMethod(); } public static interface ProxiedInterface2 { void proxiedMethod2(); } /** * 真正的处理逻辑 */ public static class InvoHandler implements InvocationHandler { @Override public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable { System.out.println("in proxy:" + method.getName()); //其他逻辑 System.out.println("in proxy end"); return null; } } public static void main(String[] args) { InvoHandler ih = new InvoHandler(); ProxiedInterface proxy = (ProxiedInterface) Proxy.newProxyInstance(TestProxy.class.getClassLoader(), new Class[]{ProxiedInterface.class, ProxiedInterface2.class}, ih); proxy.proxiedMethod(); ProxiedInterface2 p = (ProxiedInte
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