Java技术专题「原理专题」深入分析Java中finalize方法的作用和底层原理

Posted 2022-12-29

finalize方法是什么

finalize方法是Object的protected方法，Object的子类们可以覆盖该方法以实现资源清理工作，GC在首次回收对象之前调用该方法。

finalize方法与C++的析构函数的区别

finalize方法与C++中的析构函数不是对应的，C++中的析构函数调用的时机是确定的（对象离开作用域或delete掉），但Java中的finalize的调用具有不确定性，不建议用finalize方法完成“非内存资源”的清理工作。

finalize方法合适清理的对象

1. 清理本地对象(通过JNI创建的对象)；
2. 作为确保某些非内存资源(如Socket、文件等)释放的一个补充，在finalize方法中显式调用其他资源释放方法。

可以触发finalize执行的方法

在Java中含有一些一些与finalize相关的方法，由于一些致命的缺陷，已经被废弃了，如System.runFinalizersOnExit() 方法、Runtime.runFinalizersOnExit() 方法、
System.gc() 与System.runFinalization() 方法。

他们增加了finalize方法执行的机会，但不可盲目依赖它们Java语言规范并不保证finalize方法会被及时地执行、而且根本不会保证它们会被执行finalize方法可能会带来性能问题。

因为JVM通常在单独的低优先级线程中完成finalize的执行。

finalize实现对象再生问题

finalize方法的实现中，可将待回收对象赋值给GC Roots可达的对象引用，从而达到对象再生的目的。

finalize方法至多由GC执行一次(用户当然可以手动调用对象的finalize方法，但并不影响GC对finalize的行为)。

finalize的执行过程(生命周期)

1. 大致描述一下finalize的运行流程：当对象变成(GC Roots)不可达时，GC会判断该对象是否覆盖了finalize方法，若未覆盖，则直接将其回收。
2. 若对象未执行过finalize方法，将其放入F-Queue队列，由低优先级线程执行该队列中对象的finalize方法。执行finalize方法完毕后，GC会再次判断该对象是否可达，若不可达，则进行回收，否则，对象“复活”。

对象对于finalize方法的两种状态

对象可由两种状态，涉及到两类状态空间，一是终结状态空间 F = unfinalized, finalizable, finalized；二是可达状态空间 R = reachable, finalizer-reachable, unreachable。

终结状态空间

各状态含义如下：

• unfinalized: 新建对象会先进入此状态，GC并未准备执行其finalize方法，因为该对象是可达的。
• finalizable: 表示GC可对该对象执行finalize方法，GC已检测到该对象不可达。正如前面所述，GC通过F-Queue队列和一专用线程完成finalize的执行。

对应的流程图如下所示：

可达状态空间

各状态含义如下：

• finalized: 表示GC已经对该对象执行过finalize方法
• reachable: 表示GC Roots引用可达
• finalizer-reachable(f-reachable)：表示不是reachable，但可通过某个finalizable对象可达
• unreachable：对象不可通过上面两种途径可达

状态变迁图：

变迁说明：

1. 新建对象首先处于[reachable, unfinalized]状态(A)
2. 随着程序的运行，一些引用关系会消失，导致状态变迁，从reachable状态变迁到f-reachable(B, C, D) 或 unreachable(E, F)状态
3. JVM检测到处于unfinalized状态的对象变成f-reachable或unreachable。

• JVM会将其标记为finalizable状态(G,H)。若对象原处于[unreachable, unfinalized]状态，则同时将其标记为f-reachable(H)。

在某个时刻，JVM取出某个finalizable对象，将其标记为finalized并在某个线程中执行其finalize方法。

4. 由于是在活动线程中引用了该对象，该对象将变迁到(reachable, finalized)状态(K或J)。该动作将影响某些其他对象从f-reachable状态重新回到reachable状态(L, M, N)处于finalizable状态的对象不能同时是unreahable的。
5. 将对象finalizable对象标记为finalized时会由某个线程执行该对象的finalize方法，致使其变成reachable。

注：System.runFinalizersOnExit()等方法可以使对象即使处于reachable状态，JVM仍对其执行finalize方法

代码示例

对象复活

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)  //此时对象应该处于(reachable, finalized)状态  
            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;  
      

覆盖finalize方法以确保资源释放

作为一个补充操作，以防用户忘记“关闭“资源，JDK中FileInputStream、FileOutputStream、Connection类均用了此”技术“，下面代码摘自FileInputStream类

/** 
 * 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：我们自己手动调用finalize方法并不会影响到上述内部标记的变化，因此JVM只会至多调用finalize一次，即使该对象“复活”也是如此。我们手动调用多少次不影响JVM的行为
若JVM检测到finalized状态的对象变成unreachable，回收其内存(I)，若对象并未覆盖finalize方法，JVM会进行优化，直接回收对象（O）