Java基础知识之使用 Cleaner 替代 finalize

Object.finalize 方法

在 Java 中，一个对象如果不再使用，那么它就会在 JVM 垃圾回收时，进行析构释放该对象占用的内存空间。但如果这个对象持有了一些其他需要进行额外处理的资源（非堆内存资源），那么就得考虑这些资源的释放了。

在 Object 中，有一个方法 finalize，就是用来做这种操作的。这个方法会在对象被 GC 回收之前被 JVM 调用，一般都使用覆写这个函数来完成一些额外资源的清理工作，例如清理相关的 native 资源或是其他资源（socket、文件）的释放。

在这里推荐大家去看一下这篇文章，不仅讲解了 Object.finalize 方法，还讲解了 Object 中的其他所有方法：一文掌握 Object 类里的所有方法（wait、notify、finalize）

如果子类重写 finalize 这个方法，那么必须调用 super.finalize()，而且应该使用 try-finally 语法以确保始终调用 super.finalize()。下面就是一个使用 finalize 进行资源清理的例子：

class FinalizeObj {private long nativePointer;public FinalizeObj() {nativePointer = createNative();}@Overrideprotected void finalize() throws Throwable {try {    // 清理工作super.finalize();releaseNative(nativePointer);nativePointer = 0L;} finally {super.finalize();        }}private native long createNative();private native void releaseNative(long nativePointer);
}

这个例子中，在构造方法中创建了 native 底层资源，并在 finalize 方法中释放 native 底层资源。

当一个对象覆写 finalize 方法后，其回收的流程如下：

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。否则，若对象未执行过 finalize 方法，将其移动到一个队列里，由一个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，这些对象才成为真正的垃圾，等待下一轮垃圾回收。

但是现在想一想，这种进行资源清理的方式好吗？其实是不好的。例如程序员在覆写 finalize 方法时出现一些线程死锁的操作，那么就有可能造成垃圾回收的失败，同事也会产生严重的盐城阻塞问题。而且这个方法被执行的不确定性太大，一个对象从不可达到 finalize 方法被执行，完全依赖 JVM，这就无法保证被对象占用的资源被及时回收。

也是出于以上的原因，这个方法在 Java 9 中已经被标记为 Deprecated。那替代方案是啥呢？案是使用 java.lang.ref.Cleaner，这是 Java 9 推出的一个轻量级垃圾回收机制。

java.lang.ref.Cleaner

首先要说的是，这个类是 Java 9 的新特性，但是新特性往往都会带来繁琐的使用方式。但主要包含以下几个步骤

创建一个静态内部类继承 Runnable 作为进行清理的线程，在 run 方法中进行垃圾清理（必须使用 static 以避免持有外部实例的引用）
创建静态变量 cleaner 初始化为 Cleaner.create()
在构造方法中创建清理线程，并通过静态变量进行注册 cleaner.register，并保存返回的 cleanable 值
实现 AutoCloseable 接口，覆写 close 方法，在其中调用 cleanable.clean()

说起来比较麻烦，我们将上面那个例子改写一下，使用 Cleaner 来实现：

public class CleanerObj implements AutoCloseable {// 静态变量 cleaner 用于此类的实例的清理工作private static final Cleaner cleaner = Cleaner.create();// 静态内部类，清理线程，用于清理本类的实例private static class CleanRunnable implements Runnable {    private final long nativePointerForClean;CleanRunnable(long nativePointer) {//构造方法应该拿到用于清理的所有信息this.nativePointerForClean = nativePointer;}@Overridepublic void run() {//在此进行清理操作releaseNative(nativePointerForClean);}}private long nativePointer;                   // native资源指针private final CleanRunnable cleanRunnable;    // 此对象的垃圾回收线程private final Cleaner.Cleanable cleanable;    // 注册时返回的 cleanable 对象public CleanerObj() {//创建底层资源，保存返回的指针this.nativePointer = createNative();    //将底层资源的指针传递给清理线程对象，以便进行清理操作this.cleanRunnable = new CleanRunnable(this.nativePointer);//通过静态变量cleaner注册此对象和清理线程对象this.cleanable = cleaner.register(this, cleanRunnable);}@Overridepublic void close() {    //覆写AutoCloseable 的 close 方法cleanable.clean();    //调用 cleaner.register 返回的 cleanable 对象的 clean 方法}private native static long createNative();private native static void releaseNative(long nativePointer);
}

大家注意代码中的注解，已经解释的很清楚。这里再啰嗦一下，就是先创建属于类的静态变量 cleaner 和清理线程，用于此类的对象的清理操作。而针对每一个对象，都需要通过这两个静态变量，创建清理线程并注册。最后在 AutoCloseable 的 close 方法中，调用 cleanable.clean()。

实现 AutoCloseable 接口这使得此类在 try-finally 时能够自动调用 close 方法进行清理。如果未调用 close 方法，当这个对象不被任何地方引用时，Cleaner 也将调用清理操作。

我们先使用 try-finally 来进行测试：

try (CleanerObj obj = new CleanerObj()) {// do something with obj.
}
System.gc();

清理的流程如下：

System.out                I  createNative... thread = main
System.out                I  close... thread = main
System.out                I  CleanRunnable.run... thread = main
System.out                I  releaseNative... thread = main

当我们不使用 try-catch 时：

CleanerObj obj = new CleanerObj();
System.gc();

清理的流程如下：

System.out                I  createNative... thread = main
System.out                I  CleanRunnable.run... thread = Cleaner-0
System.out                I  releaseNative... thread = Cleaner-0

可以看到，两种方式最终都会调用到 releaseNative 方法进行垃圾清理，而不同的仅仅是垃圾处理的线程而已。

相比于 finalize 方法，使用 Cleaner 进行清理操作实在是太麻烦了。但这也是没办法的事情，随着后续 Java 技术的发展，很多传统类结构的设计一定要有所改变，因为现在的程序编写得越来越庞大，同时业务的繁琐程度也越来越高，以及硬件和网络通讯水平的不断发展，程序语言内部的结构升级必然是整个行业的趋势。

最后，这里通过一张图来演示 Java 中对象的生命周期，并结束本篇文章，祝大家升职加薪。