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

finalize方法是什麼

finalize方法是Object的protected方法,Object的子類們可以覆蓋該方法以實現資源清理工作,GC在首次回收對象之前調用該方法。

finalize方法與C++的析構函數的區別

finalize方法與C++中的析構函數不是對應的,C++中的析構函數調用的時機是確定的(對象離開作用域或delete掉),但Java中的finalize的調用具有不確定性,不建議用finalize方法完成“非內存資源”的清理工作。

finalize方法合適清理的對象

  1. 清理本地對象(通過JNI創建的對象);
  2. 作爲確保某些非內存資源(如Socket、文件等)釋放的一個補充,在finalize方法中顯式調用其他資源釋放方法。

可以觸發finalize執行的方法

在Java中含有一些一些與finalize相關的方法,由於一些致命的缺陷,已經被廢棄了,如System.runFinalizersOnExit() 方法、Runtime.runFinalizersOnExit() 方法、
System.gc()System.runFinalization() 方法。

他們增加了finalize方法執行的機會,但不可盲目依賴它們Java語言規範並不保證finalize方法會被及時地執行、而且根本不會保證它們會被執行finalize方法可能會帶來性能問題。

因爲JVM通常在單獨的低優先級線程中完成finalize的執行。

finalize實現對象再生問題

finalize方法的實現中,可將待回收對象賦值給GC Roots可達的對象引用,從而達到對象再生的目的。

finalize方法至多由GC執行一次(用戶當然可以手動調用對象的finalize方法,但並不影響GC對finalize的行爲)。

finalize的執行過程(生命週期)

  1. 大致描述一下finalize的運行流程:當對象變成(GC Roots)不可達時,GC會判斷該對象是否覆蓋了finalize方法,若未覆蓋,則直接將其回收。

  2. 若對象未執行過finalize方法,將其放入F-Queue隊列,由低優先級線程執行該隊列中對象的finalize方法。執行finalize方法完畢後,GC會再次判斷該對象是否可達,若不可達,則進行回收,否則,對象“復活”。

對象對於finalize方法的兩種狀態

對象可由兩種狀態,涉及到兩類狀態空間,一是終結狀態空間 F = {unfinalized, finalizable, finalized};二是可達狀態空間 R = {reachable, finalizer-reachable, unreachable}。

終結狀態空間

各狀態含義如下:

  • unfinalized: 新建對象會先進入此狀態,GC並未準備執行其finalize方法,因爲該對象是可達的。

  • finalizable: 表示GC可對該對象執行finalize方法,GC已檢測到該對象不可達。正如前面所述,GC通過F-Queue隊列和一專用線程完成finalize的執行。

對應的流程圖如下所示:

可達狀態空間

各狀態含義如下:

  • finalized: 表示GC已經對該對象執行過finalize方法
  • reachable: 表示GC Roots引用可達
  • finalizer-reachable(f-reachable):表示不是reachable,但可通過某個finalizable對象可達
  • unreachable:對象不可通過上面兩種途徑可達

狀態變遷圖:

變遷說明:

  1. 新建對象首先處於[reachable, unfinalized]狀態(A)

  2. 隨着程序的運行,一些引用關係會消失,導致狀態變遷,從reachable狀態變遷到f-reachable(B, C, D) 或 unreachable(E, F)狀態

  3. JVM檢測到處於unfinalized狀態的對象變成f-reachable或unreachable。

    • JVM會將其標記爲finalizable狀態(G,H)。若對象原處於[unreachable, unfinalized]狀態,則同時將其標記爲f-reachable(H)。

在某個時刻,JVM取出某個finalizable對象,將其標記爲finalized並在某個線程中執行其finalize方法。

  1. 由於是在活動線程中引用了該對象,該對象將變遷到(reachable, finalized)狀態(K或J)。該動作將影響某些其他對象從f-reachable狀態重新回到reachable狀態(L, M, N)處於finalizable狀態的對象不能同時是unreahable的。

  2. 將對象finalizable對象標記爲finalized時會由某個線程執行該對象的finalize方法,致使其變成reachable。

注:System.runFinalizersOnExit()等方法可以使對象即使處於reachable狀態,JVM仍對其執行finalize方法

代碼示例

對象復活

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) { //此時對象應該處於(reachable, finalized)狀態  
            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

作爲一個補充操作,以防用戶忘記“關閉“資源,JDK中FileInputStream、FileOutputStream、Connection類均用了此”技術“,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:我們自己手動調用finalize方法並不會影響到上述內部標記的變化,因此JVM只會至多調用finalize一次,即使該對象“復活”也是如此。我們手動調用多少次不影響JVM的行爲
若JVM檢測到finalized狀態的對象變成unreachable,回收其內存(I),若對象並未覆蓋finalize方法,JVM會進行優化,直接回收對象(O)

發表評論
所有評論
還沒有人評論,想成為第一個評論的人麼? 請在上方評論欄輸入並且點擊發布.
相關文章