Java Finalization‘s Memory-Retention Issues 及Reference类解析

引言

《Effective Java Programming Language Guide》 一书中强烈建议不要使用java的finalize()方法去做对象消亡前的清理。因为jvm调用finalize()方法的时机并不确定，容易导致Memory-Retention Issues。通俗点讲就是内存没办法及时回收。
详细的见oracle的官方说明https://www.oracle.com/technical-resources/articles/javase/finalization.html。

Memory-Retention Issues问题简述

如果类有重写finalize()方法，JVM会将该类的对象标记为finalizable，区别于普通对象被垃圾收集器判定为不可达时，会立即回收内存，finalizable的对象会经过更多的GC周期。
下图来自oracle官方。

finalizable对象回收通常经历以下过程

1. 垃圾回收器检查到该对象不可达
2. 垃圾回收器将该对象加入到finalization队列，对象变成可达
3. 专门的Finalizer线程从finalization队列中将对象移除，并执行对象的finalize()方法,并将对象标记为finalized
4. 垃圾回收器再次发现该对象不可达，而且为finalized状态的(finalize方法已执行过)，因此直接回收该对象内存。

以上过程的一些个人分析：

jvm为什么不直接在回收对象前调用finalize()方法，而是使用专门的线程去执行

java每次GC需要通过可达性分析标记大量对象，回收内存后，还涉及内存整理，如果把finalize()方法的调用也放到这个过程中，GC耗时会更长，影响系统的响应时间，所以只能由另外的过程去处理。

Memory-Retention问题

从上述过程可以看到，finalizable对象至少要2个GC周期才能将对象回收掉。更有甚者，如果系统中有大量的对象是finalizable，或者有些对象finalize()方法本身就比较耗时，加上只有一个Finalizer线程，这个线程优先级并不比别的高，还会和其他线程竞争执行资源，对象在finalization队列中呆的时间更长。在这期间如果有发生GC，垃圾收集器也是无法清理这些对象的，因此这些对象还在被finalization队列强引用。所以容易产生Memory-Retention问题。

Memory-Retention问题解决方案

《Effective Java Programming Language Guide》建议使用JDK的Cleaner来做对象消亡前的清理，其基于PhantomReference，下面系统的介绍JDK的Reference。

Reference解析

java的Reference的相关子类，用于应用层与垃圾收集器有更多的交互，通俗点讲就是垃圾收集器给应用层暴露一些API，让应用对对象的回收时机有了一定的控制能力。

SoftReference

垃圾回收器会根据内存使用情况对软引用对象进行回收，当然jvm会尽可能的不回收软引用对象，至于什么情况下回收，JDK并没有明确说明。根据其特点可以看出SoftReference可以用于缓存设计缓存，这样不用自己去设计LRU等算法对缓存进行清理。
一旦垃圾收集器认为软引用对象需要被清理时，JVM会解除软引用对对象的引用(即将referent字段置为null)，同时或者稍后将软引用自己放到ReferenceQueue(如果创建软引用时有传入)
JDK保证在jvm抛出OutOfMemoryError前，清掉所有的软引用对象。除此之外，并不保证软引用对象被清理的时间点，而且也不保证软引用对象清理的顺序。

WeakReference

一旦垃圾回收器检测到对象只有弱引用，会立即解除弱引用(将弱引用的referent字段置为null)，同时或者稍后将弱引用放入ReferenceQueue(如果创建软引用时有传入)。
弱引用不能阻止垃圾回收器对对象的回收，因此弱引用一般用于“规范化映射(canonicalizing mappings)”,例如WeakHashMap。
对canonicalizing mappings详细说明可以阅读
https://objectcomputing.com/resources/publications/sett/june-2000-collaborating-with-the-java-memory-manager
https://wiki.c2.com/?CanonicalizedMapping

PhantomReference

虚引用在垃圾回收器确定其引用对象可以被回收后放到ReferenceQueue，这一点与SoftReference及WeakReference有所区别。对于finalizable对象，后两者在垃圾回收器将对象放入finalization队列时，就会解除引用并将引用放入到ReferenceQueue。而PhantomReference必须在finalizable对象从finalization队列移除后，并且被垃圾回收器再次检测到不可达能够真正的回收其内存时，放入到ReferenceQueue中，而且引用不会自动解除。

未完待续