JVM 垃圾收集深度解析（三）：可觸及性、引用類型與引用隊列

對象可觸及性的生命週期

JVM 1.2 以前，堆中對象僅分三種狀態：可觸及、可復活、不可觸及。1.2 版本引入四種強弱引用層級，精細控制對象生命週期：

1. 強可觸及：根節點直接引用或透過強引用鏈路可達，GC 絕不回收。
2. 軟可觸及：SoftReference 引用，記憶體不足時才回收，適合快取。
3. 弱可觸及：WeakReference 引用，GC 掃描到即回收，適合規範映射（如 WeakHashMap）。
4. 影子可觸及：PhantomReference 引用，對象即將被回收，get() 永遠返回 null，用於比 finalize 更靈活的清理。

引用隊列機制

ReferenceQueue 讓應用程式異步感知可觸及性變化。建立引用時關聯隊列：

ReferenceQueue<Cow> queue = new ReferenceQueue<>();
SoftReference<Cow> ref = new SoftReference<>(new Cow(1), queue);

GC 改變引用狀態時會將引用物件入隊。提供兩種取值方式：

• poll()：非阻塞，無元素立即返回 null。
• remove()：阻塞等待，直到有元素。

三種弱引用的 GC 處理差異

引用類型	回收時機	清除引用	入隊時機	典型用途
SoftReference	記憶體不足時	是	清除後	記憶體敏感快取
WeakReference	下次 GC 時	是	清除後	規範映射、監聽器快取
PhantomReference	即將回收時	否（需手動 clear）	立即	資源釋放、最終化替代

代碼演示：監聽引用隊列

public class TestReference {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        ReferenceQueue<Cow> queue = new ReferenceQueue<>();
        SoftReference<Cow> ref1 = new SoftReference<>(new Cow(1), queue);
        final SoftReference<Cow> ref2 = new SoftReference<>(new Cow(2), queue);

        System.out.println(queue.poll()); // null
        ref1.enqueue(); // 手動入隊演示
        System.out.println(queue.poll().get()); // Cow 1

        new Thread(() -> {
            try {
                System.out.println(queue.remove().get()); // 阻塞等待 Cow 2
                System.out.println("線程獲取到了引用隊列中的對象");
            } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }
        }).start();

        Thread.sleep(3000);
        ref2.enqueue();
    }
}
class Cow { private int num; public Cow(int n){num=n;} public String toString(){return "This is Cow "+num;} }

輸出：

null
This is Cow 1
等待 3 秒鐘後把 cow2 編入隊列...
This is Cow 2
線程獲取到了引用隊列中的對象

實務應用建議

• 快取場景優先使用 SoftReference，配合 ReferenceQueue 清理過期項目。
• 需確保 Key/Value 在無強引用時自動移除，用 WeakHashMap 或自行管理 WeakReference。
• 避免使用 finalize()，改用 PhantomReference + ReferenceQueue 實現確定性資源釋放。