finalize()原理分析

朱雀 2022-12-07 01:25 10阅读 0赞

### 文章目录 ###

*   *   *   *   *  （1）为什么要设计finalize()
                 *  （2）工作原理
                 *  （3）finalize() 的用途
                 *  （4）finalize()和析构函数的区别
                 *  （5）终结条件

##### （1）为什么要设计finalize() #####

如果你创建的对象不是通过 new 来分配内存的，而垃圾回收器只知道如何释放用 new 创建的对象的内存，所以它不知道如何回收不是 new 分配的内存。为了处理这种情况，Java 允许在类中定义一个名为 finalize() 的方法。

##### （2）工作原理 #####

当垃圾回收器准备回收对象的内存时，首先会调用其 finalize() 方法，并在下一轮的垃圾回收动作发生时，才会真正回收对象占用的内存。所以如果你打算使用 finalize() ，就能在垃圾回收时做一些重要的清理工作。finalize() 是一个潜在的编程陷阱，因为一些程序员（尤其是 C++ 程序员）会一开始把它误认为是 C++ 中的析构函数（C++ 在销毁对象时会调用这个函数）。所以有必要明确区分一下：在 C++ 中，对象总是被销毁的（在一个 bug-free 的程序中），而在 Java 中，对象并非总是被垃圾回收，或者换句话说：

对象可能不被垃圾回收。  
垃圾回收不等同于析构。  
这意味着在你不再需要某个对象之前，如果必须执行某些动作，你得自己去做。Java 没有析构器或类似的概念，所以你必须得自己创建一个普通的方法完成这项清理工作。例如，对象在创建的过程中会将自己绘制到屏幕上。如果不是明确地从屏幕上将其擦除，它可能永远得不到清理。如果在 finalize() 方法中加入某种擦除功能，那么当垃圾回收发生时，finalize() 方法被调用（不保证一定会发生），图像就会被擦除，要是"垃圾回收"没有发生，图像则仍会保留下来。

也许你会发现，只要程序没有濒临内存用完的那一刻，对象占用的空间就总也得不到释放。如果程序执行结束，而垃圾回收器一直没有释放你创建的任何对象的内存，则当程序退出时，那些资源会全部交还给操作系统。这个策略是恰当的，因为垃圾回收本身也有开销，要是不使用它，那就不用支付这部分开销了。

##### （3）finalize() 的用途 #####

如果你不能将 finalize() 作为通用的清理方法，那么这个方法有什么用呢？  
核心：垃圾回收只与内存有关。  
也就是说，使用垃圾回收的唯一原因就是为了回收程序不再使用的内存。所以对于与垃圾回收有关的任何行为来说（尤其是 finalize() 方法），它们也必须同内存及其回收有关。

但这是否意味着如果对象中包括其他对象，finalize() 方法就应该明确释放那些对象呢？不是，无论对象是如何创建的，垃圾回收器都会负责释放对象所占用的所有内存。这就将对 finalize() 的需求限制到一种特殊情况，即通过某种创建对象方式之外的方式为对象分配了存储空间。不过，你可能会想，Java 中万物皆对象，这种情况怎么可能发生？

看起来之所以有 finalize() 方法，是因为在分配内存时可能采用了类似 C 语言中的做法，而非 Java 中的通常做法。这种情况主要发生在使用"本地方法"的情况下，本地方法是一种用 Java 语言调用非 Java 语言代码的形式（关于本地方法的讨论，见本书电子版第2版的附录B）。本地方法目前只支持 C 和 C++，但是它们可以调用其他语言写的代码，所以实际上可以调用任何代码。在非 Java 代码中，也许会调用 C 的 malloc() 函数系列来分配存储空间，而且除非调用 free() 函数，不然存储空间永远得不到释放，造成内存泄露。但是，free() 是 C 和 C++ 中的函数，所以你需要在 finalize() 方法里用本地方法调用它。

##### （4）finalize()和析构函数的区别 #####

要清理一个对象，用户必须在需要清理的时候调用执行清理动作的方法。这听上去相当直接，但却与 C++ 中的"析构函数"的概念稍有抵触。在 C++ 中，所有对象都会被销毁，或者说应该被销毁。如果在 C++ 中创建了一个局部对象（在栈上创建，在 Java 中不行），此时的销毁动作发生在以"右花括号"为边界的、此对象作用域的末尾处。如果对象是用 new 创建的（类似于 Java 中），那么当程序员调用 C++ 的 delete 操作符时（Java 中不存在），就会调用相应的析构函数。如果程序员忘记调用 delete，那么永远不会调用析构函数，这样就会导致内存泄露，对象的其他部分也不会得到清理。这种 bug 很难跟踪，也是让 C++ 程序员转向 Java 的一个主要因素。相反，在 Java 中，没有用于释放对象的 delete，因为垃圾回收器会帮助你释放存储空间。甚至可以肤浅地认为，正是由于垃圾回收的存在，使得 Java 没有析构函数。然而，随着学习的深入，你会明白垃圾回收器的存在并不能完全替代析构函数（而且绝对不能直接调用 finalize()，所以这也不是一种解决方案）。如果希望进行除释放存储空间之外的清理工作，还是得明确调用某个恰当的 Java 方法：这就等同于使用析构函数了，只是没有它方便。

记住，无论是"垃圾回收"还是"终结"，都不保证一定会发生。如果 Java 虚拟机（JVM）并未面临内存耗尽的情形，它可能不会浪费时间执行垃圾回收以恢复内存。

##### （5）终结条件 #####

通常，不能指望 finalize() ，你必须创建其他的"清理"方法，并明确地调用它们。所以看起来，finalize() 只对大部分程序员很难用到的一些晦涩内存清理里有用了。但是，finalize() 还有一个有趣的用法，它不依赖于每次都要对 finalize() 进行调用，这就是对象终结条件的验证。

当对某个对象不感兴趣时——也就是它将被清理了，这个对象应该处于某种状态，这种状态下它占用的内存可以被安全地释放掉。例如，如果对象代表了一个打开的文件，在对象被垃圾回收之前程序员应该关闭这个文件。只要对象中存在没有被适当清理的部分，程序就存在很隐晦的 bug。finalize() 可以用来最终发现这个情况，尽管它并不总是被调用。如果某次 finalize() 的动作使得 bug 被发现，那么就可以据此找出问题所在——这才是人们真正关心的。以下是个简单的例子，示范了 finalize() 的可能使用方式：

class Book { 
        boolean checkedOut = false;
        Book(boolean checkOut) { 
            checkedOut = checkOut;
        }
    
        void checkIn() { 
            checkedOut = false;
        }
    
        @Override
        protected void finalize() throws Throwable { 
            if (checkedOut) { 
                System.out.println("Error: checked out");
            }
        }
    }
    
    public class TerminationCondition { 
    
        public static void main(String[] args) { 
            Book novel = new Book(true);
            novel.checkIn();
            new Book(true);
    //执行 System.gc();并不能确保一定会发生GC，可以尝试多次执行测试是否发生了GC
            System.gc();
    
        }
    
    }
    // 如果发生了GC，则会输出：Error: checked out

本例的终结条件是：所有的 Book 对象在被垃圾回收之前必须被登记。但在 main() 方法中，有一本书没有登记。要是没有 finalize() 方法来验证终结条件，将会很难发现这个 bug。

你可能注意到使用了 @Override。@ 意味着这是一个注解，注解是关于代码的额外信息。在这里，该注解告诉编译器这不是偶然地重定义在每个对象中都存在的 finalize() 方法——程序员知道自己在做什么。编译器确保你没有拼错方法名，而且确保那个方法存在于基类中。注解也是对读者的提醒，@Override 在 Java 5 引入，在 Java 7 中改善，本书通篇会出现。

注意，System.gc() 用于强制进行终结动作。但是即使不这么做，只要重复地执行程序（假设程序将分配大量的存储空间而导致垃圾回收动作的执行），最终也能找出错误的 Book 对象。

你应该总是假设基类版本的 finalize() 也要做一些重要的事情，使用 super 调用它，就像在 Book.finalize() 中看到的那样。本例中，它被注释掉了，因为它需要进行异常处理，而我们到现在还没有涉及到。

参考：《Java编程思想》第六章 初始化和清理