【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

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。

4. 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）