深入理解ReferenceQueue GC finalize Reference

关于对象如何销毁以及finalize更详细的信息 

目录 

概述 
1 先看一个对象finalize的顺序问题。 
2 对象再生及finalize只能执行一次 
3 SoftReference WeakReference 
4 PhantomReference 
5 ReferenceQueue 
Q&A 


概述 

先说一些基本的东西，GC只负责对象内存相关的清理，其他资源如文件句柄，db连接需要手动清理，以防止系统资源不足崩溃。System.gc()只是建议jvm执行GC，但是到底GC执行与否是由jvm决定的。 

一个正常的对象的生命周期。 

当新建一个对象时，会置位该对象的一个内部标识finalizable，当某一点GC检查到该对象不可达时，就把该对象放入finalize queue(F queue)，GC会在对象销毁前执行finalize方法并且清空该对象的finalizable标识。 

简而言之，一个简单的对象生命周期为，Unfinalized Finalizable Finalized Reclaimed。 

Reference中引用的object叫做referent。 

1 先看一个对象finalize的顺序问题。 

public class A {
    B b;
    public void finalize() {
        System.out.println("method A.finalize at " + System.nanoTime());
    }
}

public class B {
    public void finalize() {
        System.out.println("method B.finalize at " + System.nanoTime());
    }
}

    A a = new A();
    a.b = new B();
    a = null;
    System.gc();

按照http://java.sun.com/developer/technicalArticles/javase/finalization/ 
所说，对象a在finalize之前会保持b的引用，但是实验中对象a和a中的对象b的finalize方法运行时间有先有后，而且大部分时间里，a的finalize方法的执行时间是晚于b的finalize方法的。我记着java编程语言书中说是一切可以finalize的对象的finalize方法的执行顺序是不确定的。到底应该听谁的？最好的实践就是不要依赖finalize的顺序或者写一些防御代码。 

【note】我仍然坚持最好的实践就是不要依赖finalize的顺序或者写一些防御代码。但是通过进一步的学习和实验，因为a有可能复活，所以在a没有决定到底复活不复活之前b是不会被回收的。控制台的顺序问题应该是多线程的问题导致的。 
【note】查看了JLS后，确定了finalize是乱序执行的。 

2 对象再生及finalize只能执行一次 

public class B {

    static B b;

    public void finalize() {
        System.out.println("method B.finalize");
        b = this;
    }
}

    B b = new B();
    b = null;
    System.gc();
    B.b = null;
    System.gc();

对象b本来已经被置null，GC检查到后放入F queue，然后执行了finalize方法，但是执行finalize方法时该对象赋值给一个static变量，该对象又可达了，此之谓对象再生。 

后来该static对象也被置null,然后GC，可以从结果看到finalize方法只运行了1次。为什么呢，因为第一次finalize运行过后，该对象的finalizable置为false了，所以该对象即使以后被gc运行，也不会执行finalize方法了。 

很明显，对象再生是一个不好的编程实践，打乱了正常的对象生命周期。但是如果真的需要这么用的话，应该用当前对象为原型重新生成一个对象使用，这样以后这个新的对象还可以被GC运行finalize方法。 

3 SoftReference WeakReference 

SoftReference会尽量保持对referent的引用，直到JVM内存不够，才会回收SoftReference的referent。所以这个比较适合实现一些cache。 

WeakReference不能阻止GC对referent的处理。 


4 PhantomReference 

幻影引用，幽灵引用，呵呵，名字挺好听的。 

奇特的地方，任何时候调用get()都是返回null。那么它的用处呢，单独好像没有什么大的用处，所以要结合ReferenceQueue。 

5 ReferenceQueue 

ReferenceQueue WeakReference PhantomReference都有构造函数可以传入ReferenceQueue来监听GC对referent的处理。 

public class A {
}

    ReferenceQueue queue = new ReferenceQueue();
    WeakReference ref = new WeakReference(new A(), queue);
    Assert.assertNotNull(ref.get());

    Object obj = null;
    obj = queue.poll();
    Assert.assertNull(obj);

    System.gc();

    Assert.assertNull(ref.get());
    obj = queue.poll();
    Assert.assertNotNull(obj);

分析，在GC运行时，检测到new A()生成的对象只有一个WeakReference引用着，所以决定回收它，首先clear WeakReference的referent，然后referent的状态为finalizable，同时或者一段时间后把WeakReference放入监听的ReferenceQueue中。 

注意有时候最后的Assert.assertNotNull(obj);有时会失败，因为还没有来的及把WeakReference放入监听的ReferenceQueue中。 

换成PhantomReference试试， 

ReferenceQueue queue = new ReferenceQueue();
PhantomReference ref = new PhantomReference(new A(), queue);

Assert.assertNull(ref.get());

Object obj = null;
obj = queue.poll();

Assert.assertNull(obj);

System.gc();

Thread.sleep(10000);

System.gc();

Assert.assertNull(ref.get());
obj = queue.poll();
Assert.assertNotNull(obj);

貌似和WeakReference没有什么区别呀，别急，还是有个细微的区别的，SoftReference和WeakReference在GC对referent状态改变时，先clear SoftReference/WeakReference对referent的引用，对应的referent状态为Finalizable，只是可以放入F queue，然后把SoftReference/WeakReference放入ReferenceQueue。 

而PhantomReference当GC对referent的状态改变时，在把PhantomReference放入ReferenceQueue之前referent已经被GC处理到Reclaimed了，即该referent被销毁了。 


搞了这么多，有什么用？可以使用PhantomReference更好的控制一些关于对象生命周期的事情，当WeakReference放入ReferenceQueue时，并不能保证该referent是被销毁了。别忘了对象可以在finalize方法里再生。而使用PhantomReference，当在ReferenceQueue中发现PhantomReference时，可以保证referent已经被销毁了。 

public class A {
    static A a;
    public void finalize() {
        a = this;
    }
}

    ReferenceQueue queue = new ReferenceQueue();

    WeakReference ref = new WeakReference(new A(), queue);

    Assert.assertNotNull(ref.get());

    Object obj = null;

    obj = queue.poll();

    Assert.assertNull(obj);

    System.gc();

    Thread.sleep(10000);

    System.gc();

    Assert.assertNull(ref.get());

    obj = queue.poll();

    Assert.assertNotNull(obj);

即使new A()出来的对象再生了，在queue中还是可以看到WeakReference。 

ReferenceQueue queue = new ReferenceQueue();

PhantomReference ref = new PhantomReference(new A(), queue);

Assert.assertNull(ref.get());

Object obj = null;

obj = queue.poll();

Assert.assertNull(obj);

// 第一次gc

System.gc();

Thread.sleep(10000);

System.gc();

Assert.assertNull(ref.get());

obj = queue.poll();

Assert.assertNull(obj);

A.a = null;

// 第二次gc

System.gc();

obj = queue.poll();

Assert.assertNotNull(obj);

第一次gc后，由于new A()的对象再生了，所以queue是空的，因为对象没有销毁。 

当第二次gc后，new A()的对象销毁以后，在queue中才可以看到PhantomReference。 

所以PhantomReference可以更精细的对对象生命周期进行监控。 


Q&A 

Q1:有这样一个问题，为什么UT会Fail?不是说对象会重生吗，到底哪里有问题？ 

public class Test {

    static Test t;

    @Override
    protected void finalize() {
        System.out.println("finalize");
        t = this;
    }
}

    public void testFinalize() {
        Test t = new Test();
        Assert.assertNotNull(t);
        t = null;
        System.gc();
        Assert.assertNull(t);
        Assert.assertNotNull(Test.t);
    }

A: 对象是会重生不错。 
这里会Fail有两个可能的原因，一个是gc的行为是不确定的，没有什么会保证gc运行。呵呵，我承认，我在console上看到东西了，所以我知道gc运行了一次。 
另一个问题是gc的线程和我们跑ut的线程是两个独立的线程。即使gc线程里对象重生了，很有可能是我们跑完ut之后的事情了。这里就是时序问题了。 

public void testFinalize() throws Exception {
    Test t = new Test();
    Assert.assertNotNull(t);
    t = null;
    System.gc();
    Assert.assertNull(t);

    // 有可能fail.
    Assert.assertNull(Test.t);
    // 等一下gc，让gc线程的对象重生执行完。
    Thread.sleep(5000);
    // 有可能fail.
    Assert.assertNotNull(Test.t);
}

这个ut和上面那个大同小异。 

一般情况下，code执行到这里，gc的对象重生应该还没有发生。所以我们下面的断言有很大的概论是成立的。 

// 有可能fail.
Assert.assertNull(Test.t);

让ut的线程睡眠5秒，嗯，gc的线程有可能已经执行完对象重生了。所以下面这行有可能通过测试。 

Assert.assertNotNull(Test.t);

嗯，测试通过。但是没有人确保它每次都通过。所以我两处的注释都声明有可能fail。 
这个例子很好的说明了如何在程序中用gc和重生的基本原则。 
依赖gc会引入一些不确定的行为。 
重生会导致不确定以及有可能的时序问题。 
所以一般我们不应该使用gc和重生，但是能深入的理解这些概念又对我们编程有好处。 

这两个测试如果作为一个TestSuite跑的话，情况又会有不同。因为第一个测试失败之后和第二个测试执行之间，gc执行了对象重生。如此，以下断言失败的概率会升高。 

// 有可能fail.
Assert.assertNull(Test.t);

To luliruj and DLevin 
首先谢谢你们的回复，这个帖子发了好久了，竟然还有人回复。 
reclaimed的问题可以参看本帖上边的URL。 
关于finalize和ReferenceQueue和关系，主贴已经解释了，luliruj给出了不同的解释。 
这个地方我们可以用小程序验证一下. 

public class Tem {

    public static void main(String[] args) throws Exception {

        ReferenceQueue queue = new ReferenceQueue();
        // SoftReference ref = new SoftReference(new B(), queue);
        // WeakReference ref = new WeakReference(new B(), queue);
        PhantomReference ref = new PhantomReference(new B(), queue);
        while (true) {
            Object obj = queue.poll();
            if (obj != null) {
                System.out.println("queue.poll at " + new Date() + " " + obj);
                break;
            }
            System.gc();
            System.out.println("run once.");
        }

        Thread.sleep(100000);
    }

}

class B {

    @Override
    protected void finalize() throws Throwable {
        System.out.println("finalize at " + new Date());
    }
}

在classB的finalize上打断点，然后让ref分别为SoftReference/WeakReference/PhantomReference，可以看到。 
SoftReference/WeakReference都是不需要finalize执行就可以enqueue的。这个就否掉了luliruj所说的 

当 heap 对象的 finalize() 方法被运行而且该对象占用的内存被释放时， WeakReference 对象就被添加到它的 ReferenceQueue （如果后者存在的话） 

PhantomReference必须等待finalize执行完成才可以enqueue。 
这个正如主贴所说： 
而PhantomReference当GC对referent的状态改变时，在把PhantomReference放入ReferenceQueue之前referent已经被GC处理到Reclaimed了，即该referent被销毁了。