關于system.gc()與finalize()方法

注：本文的目的并不是鼓勵使用finalize方法，而是大緻理清其作用、問題以及GC執行finalize的過程。

1. finalize的作用

• finalize()是Object的protected方法，子類可以覆寫該方法以實作資源清理工作，GC在回收對象之前調用該方法。
• finalize()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确定的（對象離開作用域或delete掉），但Java中的finalize的調用具有不确定性
• 不建議用finalize方法完成“非記憶體資源”的清理工作，但建議用于：① 清理本地對象(通過JNI建立的對象)；② 作為確定某些非記憶體資源(如Socket、檔案等)釋放的一個補充：在finalize方法中顯式調用其他資源釋放方法。其原因可見下文[finalize的問題]

2. finalize的問題

• 一些與finalize相關的方法，由于一些緻命的缺陷，已經被廢棄了，如System.runFinalizersOnExit()方法、Runtime.runFinalizersOnExit()方法
• System.gc()與System.runFinalization()方法增加了finalize方法執行的機會，但不可盲目依賴它們
• Java語言規範并不保證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。因為JVM通常在單獨的低優先級線程中完成finalize的執行
• 對象再生問題：finalize方法中，可将待回收對象指派給GC Roots可達的對象引用，進而達到對象再生的目的
• finalize方法至多由GC執行一次(使用者當然可以手動調用對象的finalize方法，但并不影響GC對finalize的行為)

3. finalize的執行過程(生命周期)

1. 首先，大緻描述一下finalize流程：當對象變成(GC Roots)不可達時，GC會判斷該對象是否覆寫了finalize方法，若未覆寫，則直接将其回收。否則，若對象未執行過finalize方法，将其放入F-Queue隊列，由一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“複活”。

2. 具體的finalize流程：

   對象可由兩種狀态，涉及到兩類狀态空間，一是終結狀态空間 F = {unfinalized, finalizable, finalized}；二是可達狀态空間 R = {reachable, finalizer-reachable, unreachable}。各狀态含義如下：

   • unfinalized: 建立對象會先進入此狀态，GC并未準備執行其finalize方法，因為該對象是可達的
   • 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
   • 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

狀态變遷圖：

變遷說明：

1. 建立對象首先處于[reachable, unfinalized]狀态(A)

2. 随着程式的運作，一些引用關系會消失，導緻狀态變遷，從reachable狀态變遷到f-reachable(B, C, D)或unreachable(E, F)狀态

3. 若JVM檢測到處于unfinalized狀态的對象變成f-reachable或unreachable，JVM會将其标記為finalizable狀态(G,H)。若對象原處于[unreachable, unfinalized]狀态，則同時将其标記為f-reachable(H)。

4. 在某個時刻，JVM取出某個finalizable對象，将其标記為finalized并在某個線程中執行其finalize方法。由于是在活動線程中引用了該對象，該對象将變遷到(reachable, finalized)狀态(K或J)。該動作将影響某些其他對象從f-reachable狀态重新回到reachable狀态(L, M, N)

5. 處于finalizable狀态的對象不能同時是unreachable的，由第4點可知，将對象finalizable對象标記為finalized時會由某個線程執行該對象的finalize方法，緻使其變成reachable。這也是圖中隻有八個狀态點的原因

6. 程式員手動調用finalize方法并不會影響到上述内部标記的變化，是以JVM隻會至多調用finalize一次，即使該對象“複活”也是如此。程式員手動調用多少次不影響JVM的行為

7. 若JVM檢測到finalized狀态的對象變成unreachable，回收其記憶體(I)

8. 若對象并未覆寫finalize方法，JVM會進行優化，直接回收對象（O）

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

4. 一些代碼示例

對象複活

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();  
        if (null != SAVE_HOOK) { //此時對象應該處于(reachable, finalized)狀态  
            System.out.println("Yes , I am still alive");  
        } else {  
            System.out.println("No , I am dead");  
        }  
        SAVE_HOOK = null;  
        System.gc();  
        Thread.sleep();  
        if (null != SAVE_HOOK) {  
            System.out.println("Yes , I am still alive");  
        } else {  
            System.out.println("No , I am dead");  
        }  
    }  

    protected void finalize() throws Throwable {  
        super.finalize();  
        System.out.println("execute method finalize()");  
        SAVE_HOOK = this;  
    }  
}  
           

覆寫finalize方法以確定資源釋放

作為一個補充操作，以防使用者忘記“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)) {

        /*
         * Finalizer should not release the FileDescriptor if another
         * stream is still using it. If the user directly invokes
         * close() then the FileDescriptor is also released.
         */
        runningFinalize.set(Boolean.TRUE);
        try {
            close();
        } finally {
            runningFinalize.set(Boolean.FALSE);
        }
    }
}