【Java技術(shù)專題】「原理專題」深入分析Java中finalize方法的作用和底層原理

finalize方法是什么

finalize方法是Object的protected方法趴乡,Object的子類們可以覆蓋該方法以實(shí)現(xiàn)資源清理工作饿肺,GC在首次回收對(duì)象之前調(diào)用該方法坯沪。

finalize方法與C++的析構(gòu)函數(shù)的區(qū)別

finalize方法與C++中的析構(gòu)函數(shù)不是對(duì)應(yīng)的蹲姐,C++中的析構(gòu)函數(shù)調(diào)用的時(shí)機(jī)是確定的(對(duì)象離開作用域或delete掉)提茁,但Java中的finalize的調(diào)用具有不確定性阱表,不建議用finalize方法完成“非內(nèi)存資源”的清理工作殿如。

finalize方法合適清理的對(duì)象

  1. 清理本地對(duì)象(通過JNI創(chuàng)建的對(duì)象)贡珊;
  2. 作為確保某些非內(nèi)存資源(如Socket、文件等)釋放的一個(gè)補(bǔ)充涉馁,在finalize方法中顯式調(diào)用其他資源釋放方法门岔。

可以觸發(fā)finalize執(zhí)行的方法

在Java中含有一些一些與finalize相關(guān)的方法,由于一些致命的缺陷烤送,已經(jīng)被廢棄了固歪,如System.runFinalizersOnExit() 方法、Runtime.runFinalizersOnExit() 方法胯努、
System.gc()System.runFinalization() 方法牢裳。

他們?cè)黾恿薴inalize方法執(zhí)行的機(jī)會(huì),但不可盲目依賴它們Java語(yǔ)言規(guī)范并不保證finalize方法會(huì)被及時(shí)地執(zhí)行叶沛、而且根本不會(huì)保證它們會(huì)被執(zhí)行finalize方法可能會(huì)帶來性能問題蒲讯。

因?yàn)镴VM通常在單獨(dú)的低優(yōu)先級(jí)線程中完成finalize的執(zhí)行。

finalize實(shí)現(xiàn)對(duì)象再生問題

finalize方法的實(shí)現(xiàn)中灰署,可將待回收對(duì)象賦值給GC Roots可達(dá)的對(duì)象引用判帮,從而達(dá)到對(duì)象再生的目的。

finalize方法至多由GC執(zhí)行一次(用戶當(dāng)然可以手動(dòng)調(diào)用對(duì)象的finalize方法溉箕,但并不影響GC對(duì)finalize的行為)晦墙。

finalize的執(zhí)行過程(生命周期)

  1. 大致描述一下finalize的運(yùn)行流程:當(dāng)對(duì)象變成(GC Roots)不可達(dá)時(shí),GC會(huì)判斷該對(duì)象是否覆蓋了finalize方法肴茄,若未覆蓋晌畅,則直接將其回收。

  2. 若對(duì)象未執(zhí)行過finalize方法寡痰,將其放入F-Queue隊(duì)列抗楔,由低優(yōu)先級(jí)線程執(zhí)行該隊(duì)列中對(duì)象的finalize方法。執(zhí)行finalize方法完畢后拦坠,GC會(huì)再次判斷該對(duì)象是否可達(dá)连躏,若不可達(dá),則進(jìn)行回收贞滨,否則入热,對(duì)象“復(fù)活”。

對(duì)象對(duì)于finalize方法的兩種狀態(tài)

對(duì)象可由兩種狀態(tài)晓铆,涉及到兩類狀態(tài)空間勺良,一是終結(jié)狀態(tài)空間 F = {unfinalized, finalizable, finalized};二是可達(dá)狀態(tài)空間 R = {reachable, finalizer-reachable, unreachable}尤蒿。

終結(jié)狀態(tài)空間

各狀態(tài)含義如下:

  • unfinalized: 新建對(duì)象會(huì)先進(jìn)入此狀態(tài)郑气,GC并未準(zhǔn)備執(zhí)行其finalize方法,因?yàn)樵搶?duì)象是可達(dá)的腰池。

  • finalizable: 表示GC可對(duì)該對(duì)象執(zhí)行finalize方法尾组,GC已檢測(cè)到該對(duì)象不可達(dá)忙芒。正如前面所述,GC通過F-Queue隊(duì)列和一專用線程完成finalize的執(zhí)行讳侨。

對(duì)應(yīng)的流程圖如下所示:

image

可達(dá)狀態(tài)空間

各狀態(tài)含義如下:

  • finalized: 表示GC已經(jīng)對(duì)該對(duì)象執(zhí)行過finalize方法
  • reachable: 表示GC Roots引用可達(dá)
  • finalizer-reachable(f-reachable):表示不是reachable呵萨,但可通過某個(gè)finalizable對(duì)象可達(dá)
  • unreachable:對(duì)象不可通過上面兩種途徑可達(dá)

狀態(tài)變遷圖:

image

變遷說明:

  1. 新建對(duì)象首先處于[reachable, unfinalized]狀態(tài)(A)

  2. 隨著程序的運(yùn)行,一些引用關(guān)系會(huì)消失跨跨,導(dǎo)致狀態(tài)變遷潮峦,從reachable狀態(tài)變遷到f-reachable(B, C, D) 或 unreachable(E, F)狀態(tài)

  3. JVM檢測(cè)到處于unfinalized狀態(tài)的對(duì)象變成f-reachable或unreachable。

    • JVM會(huì)將其標(biāo)記為finalizable狀態(tài)(G,H)勇婴。若對(duì)象原處于[unreachable, unfinalized]狀態(tài)忱嘹,則同時(shí)將其標(biāo)記為f-reachable(H)。

在某個(gè)時(shí)刻耕渴,JVM取出某個(gè)finalizable對(duì)象拘悦,將其標(biāo)記為finalized并在某個(gè)線程中執(zhí)行其finalize方法。

  1. 由于是在活動(dòng)線程中引用了該對(duì)象橱脸,該對(duì)象將變遷到(reachable, finalized)狀態(tài)(K或J)础米。該動(dòng)作將影響某些其他對(duì)象從f-reachable狀態(tài)重新回到reachable狀態(tài)(L, M, N)處于finalizable狀態(tài)的對(duì)象不能同時(shí)是unreahable的。

  2. 將對(duì)象finalizable對(duì)象標(biāo)記為finalized時(shí)會(huì)由某個(gè)線程執(zhí)行該對(duì)象的finalize方法添诉,致使其變成reachable屁桑。

注:System.runFinalizersOnExit()等方法可以使對(duì)象即使處于reachable狀態(tài),JVM仍對(duì)其執(zhí)行finalize方法

代碼示例

對(duì)象復(fù)活

public class GC {  
    public static GC SAVE_HOOK = null;    
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {  
        SAVE_HOOK = new GC();  
        SAVE_HOOK = null;  
        System.gc();  
        Thread.sleep(500);  
        if (null != SAVE_HOOK) { //此時(shí)對(duì)象應(yīng)該處于(reachable, finalized)狀態(tài)  
            System.out.println("Yes , I am still alive");  
        } else {  
            System.out.println("No , I am dead");  
        }  
        SAVE_HOOK = null;  
        System.gc();  
        Thread.sleep(500);  
        if (null != SAVE_HOOK) {  
            System.out.println("Yes , I am still alive");  
        } else {  
            System.out.println("No , I am dead");  
        }  
    }  
  
    @Override  
    protected void finalize() throws Throwable {  
        super.finalize();  
        System.out.println("execute method finalize()");  
        SAVE_HOOK = this;  
    }  
}  

覆蓋finalize方法以確保資源釋放

作為一個(gè)補(bǔ)充操作栏赴,以防用戶忘記“關(guān)閉“資源蘑斧,JDK中FileInputStream、FileOutputStream艾帐、Connection類均用了此”技術(shù)“乌叶,下面代碼摘自FileInputStream類

/** 
 * Ensures that the <code>close</code> method of this file input stream is 
 * called when there are no more references to it. 
 * 
 * @exception  IOException  if an I/O error occurs. 
 * @see        java.io.FileInputStream#close() 
 */  
protected void finalize() throws IOException {  
    if ((fd != null) &&  (fd != FileDescriptor.in)) {  
        /* if fd is shared, the references in FileDescriptor 
         * will ensure that finalizer is only called when 
         * safe to do so. All references using the fd have 
         * become unreachable. We can call close() 
         */
        close();
    }
}

注意:我們自己手動(dòng)調(diào)用finalize方法并不會(huì)影響到上述內(nèi)部標(biāo)記的變化,因此JVM只會(huì)至多調(diào)用finalize一次柒爸,即使該對(duì)象“復(fù)活”也是如此。我們手動(dòng)調(diào)用多少次不影響JVM的行為
若JVM檢測(cè)到finalized狀態(tài)的對(duì)象變成unreachable事扭,回收其內(nèi)存(I)捎稚,若對(duì)象并未覆蓋finalize方法,JVM會(huì)進(jìn)行優(yōu)化求橄,直接回收對(duì)象(O)

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