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科普文：一文搞懂jvm实战(二)Cleaner回收jvm资源

news 2025/5/28 1:37:23

概叙

在JDK9中新增了Cleaner类，该类的作用是用于替代finalize方法，更有效地释放资源并避免内存泄漏。

在JEP260提案中，封装了大部分Sun包内部的API之余，还引入了一些新的API，其中就包含着Cleaner这个工具类。Cleaner承担着替换finalize方法的作用，为了解决finalize方法的性能问题、安全问题以及不可靠。

在JDK1.2中，就已经有Cleaner这个类的内部实现了，不过是在sun包中实现的。由于是内部类不建议在生产代码中直接使用。不过sun包下的Cleaner类和lang包下的Cleanr类的功能是类似的。

在Java中，Cleaner是java.lang.ref.Cleaner类的一个实例，它用于在垃圾收集器确定对象不再可达时执行清理动作。通常，这在处理本地资源（如文件句柄或数据库连接）时非常有用，确保资源在对象不再使用时能够得到释放。

使用Cleaner的典型场景是结合使用java.lang.ref.PhantomReference和java.lang.ref.ReferenceQueue。你可以创建一个PhantomReference到你想要跟踪的对象，并在创建时指定一个ReferenceQueue和一个Cleaner。当PhantomReference被入队时，Cleaner会执行一个清理方法，你可以在这个方法中释放资源。

Cleaner类

注意：在JDK1.9以上版本可使用

在Java程序中提供有GC的垃圾回收机制，如果发现堆内存不足时一定要进行垃圾回收以释放内存空间，但如果某些对象在回收前需要做一些处理，可以通过覆写Object类中的finalize()方法来实现这种回收前的处理。

finalize()方法的定义：

@Deprecated(since="9")
protected void finalize() throws Throwable { }

finalize()方法实际上从JDK1.0时就开始提供，但一直到JDK1.9后才发现此方法成为了不推荐使用的方法，同时这个方法上所抛出的一个Throwabke类型的异常（Erroe和Exception），在对象回收时可能会出现各种问题，但不影响回收！

public class Member {public Member() {System.out.println("诞生！");}@Overrideprotected void finalize() throws Throwable { //可能抛错误，也可能抛异常System.out.println("回收！");throw new Exception("我真的还想在活500年");}
}public class Demo {public static void main(String[] args) {Member mem=new Member();  //实例化对象mem=null;          //垃圾，不被引用System.gc();//手动进行gc操作System.out.println("太阳照常升起，一代更比一代强");}
}执行结果：诞生！
太阳照常升起，一代更比一代强
回收回收对象前要先finalize()，降低了内存回收的效率，而且它不能保证被及时执行，或者可能造成该对象的在次复活。
jdk1.9后出现新的替代者：java.lang.ref.Cleaner类。此种清理方式会启动一个新的清理线程，并且基于AutoCloseable接口实现资源释放。

Cleaner 类的主要方法和属性

Cleaner类中，一共就三个外部方法，一个简单的工具类。

其中，在调用create方法时，就会新建一条线程，用于监听目标对象是否已经被回收。监听的逻辑则是用到了虚引用以及引用队列，在虚引用中，要是一个对象变成不可达后，在GC前会将该对象的虚引用放入引用队列中。详细的步骤以及逻辑可以看这篇文章【Java引用规范】虚引用以及引用队列。

如何创建和使用 Cleaner 对象

使用Cleaner.create()创建Cleaner对象。
调用cleaner.register()方法，传入监听的对象以及回收后要执行的逻辑。其中，逻辑中不能带有监听对象的引用，否则对象将永远无法被回收。

Cleaner 优点和局限性

Cleaner 类相比 Finalizer 和 PhantomReference 的优势

Cleaner 类和手动调用Close方法的区别

Cleaner 类的潜在问题和限制

每注册一个Cleaner类，就会新开一条线程用于监听目标对象是否已经进入到引用队列。直到目标对象被回收后，新线程才结束。
Cleaner回收时间点无法控制。
不能替换所有的资源释放，必要时还是需要显式执行Close方法。
无法控制传入的回收执行逻辑，可能导致性能问题。

应用场景

        在JDK1.2中，就已经有这个类的内部实现了，不过是在sun包中实现的。由于是内部类不建议在生产代码中直接使用。不过sun包下的Cleaner类和lang包下的Cleanr类的功能是类似的。
        Cleaner在JDK中最典型的实现就是堆外内存的回收。我们申请到一个堆外内存后，是无法手动将该堆外内存进行显示的回收的，只能等待JVM来自动回收该内存。
        其中，自动回收的操作就是使用到了Cleaner工具类，在DirectByteBuffer的构造方法中，申请到堆外内存后，就会将堆外内存地址、申请容量以及实际内存大小传入到Deallocator类中进行空间的回收。

Deallocator类集成了Runnable接口，在run方法中就会将对应地址的堆外内存回收。

示例1：传统的对象回收

li不进行手动回收

class Book{//无参构造public Book(){System.out.println("【构造】用心编写了一本优秀的原创技术图书！");}@Overrideprotected void finalize() throws Throwable {System.out.println("【析构】图书使用完毕，可以销毁！");}
}
public class Application {public static void main(String[] args) {Book book = new Book();//创建实例化对象book = null;//断开堆内存的指向，变为垃圾空间}
}运行结果：【构造】用心编写了一本优秀的原创技术图书！

调用gc()进行手动回收

如果不进行手动的gc()回收，则需要等待自动回收，自动回收的时间是不可控的！！

class Book{//无参构造public Book(){System.out.println("【构造】用心编写了一本优秀的原创技术图书！");}@Overrideprotected void finalize() throws Throwable {System.out.println("【析构】图书使用完毕，可以销毁！");}
}
public class Application {public static void main(String[] args) {Book book = new Book();//创建实例化对象book = null;//断开堆内存的指向，变为垃圾空间//如果不进行手动的gc()回收，则需要等待自动回收，自动回收的时间是不可控的！！System.gc();//进行垃圾回收}
}运行结果如下：【构造】用心编写了一本优秀的原创技术图书！
【析构】图书使用完毕，可以销毁！

手动抛出异常

finalize()方法代码修改如下：（其他代码不变）

protected void finalize() throws Throwable {System.out.println("【析构】图书使用完毕，可以销毁！");throw new Exception("这本图书还有用，不能销毁！！");//手动抛出异常}运行结果如下：【构造】用心编写了一本优秀的原创技术图书！
【析构】图书使用完毕，可以销毁！

以上的这种程序做法是在JDK1.9以前提供的处理形式，但这样的做法一直以来都存在严重问题。

如果在finalize()里面出现一些线程的死锁操作，那么就可能会造成垃圾回收的失败，同时也会产生严重的线程阻塞问题

解决方法：在JDK1.9之后，启动了一个专属的回收线程----Cleaner类

示例2：cleanable.clean();//释放时进行垃圾清除

import sun.misc.Cleaner;
class Book implements Runnable{ //设计一个回收线程//无参构造public Book(){System.out.println("【构造】用心编写了一本优秀的原创技术图书！");}public void read(){System.out.println("【读书】认真学习！");}@Overridepublic void run() { //真正的回收由线程来完成！！！System.out.println("【析构】图书使用完毕，可以销毁！");}
}
class BookCleaner implements AutoCloseable{ //必须实现AutoCloseable接口private static final Cleaner cleaner = Cleaner.create();//创建一个回收对象private Cleaner.Cleanable cleanable;public BookCleaner(Book book){this.cleanable = cleaner.register(this,book);//注册一个回收线程}@Overridepublic void close() throws Exception {this.cleanable.clean();//释放时进行垃圾清除}
}
public class Application {public static void main(String[] args) {Book book = new Book();try(BookCleaner bc = new BookCleaner()){book.read();//可以在中间进行一些对象的处理操作}catch (Exception e){}}
}运行结果如下：【构造】用心编写了一本优秀的原创技术图书！
【读书】认真学习！
【析构】图书使用完毕，可以销毁！

package cn.mldn.demo;
import java.lang.ref.Cleaner;
class Member implements Runnable {public Member() {System.out.println("诞生！");}@Overridepublic void run() {	// 清除线程System.out.println("回收！");}
}
class MemberCleaning implements AutoCloseable { // 实现清除的处理private static final Cleaner cleaner = Cleaner.create() ; // 创建一个清除处理private Cleaner.Cleanable cleanable ;public MemberCleaning(Member member) {	// 注册待清除对象this.cleanable = cleaner.register(this, member) ;	// 注册使用的对象}@Overridepublic void close() throws Exception {// 自动关闭并释放this.cleanable.clean(); // 启动清理线程}
}
public class JavaAPIDemo {public static void main(String[] args) throws Exception {Member mem = new Member() ;// 实例化对象System.gc(); 	// 手工进行GC调用try (MemberCleaning mc = new MemberCleaning(mem)){/ 中间可以执行一些相关的代码} catch (Exception e) {}System.out.println("太阳照常升起，地球照样转动，一代更比一代强！");// 不受影响继续执行}
}执行结果诞生！
太阳照常升起，一代更比一代强
回收新版本要求启动一个线程单独清除回收，防止延迟处理，保证性能，但是也不能保证垃圾被及时回收。最好的方式是用完即使用try-with-resource机制显示释放或者放入资源池重用。

图解-java对象的生命周期

经过以上的分析基本已经清楚对象的创建以及回收处理的操作，以下是对Java中对象的生命周期流程

创建阶段：每当使用关键字new就表示要开辟新的堆内存空间，同时每一个新的对象实例化时都需要去执行类中的构造方法，构造方法的目的是为了类中成员属性的初始化
应用阶段：利用指定的对象名称可以直接进行类之中的方法的调用处理
不可见阶段：如果现实某一个方法内部有一个对象，则该方法执行完毕后该对象将不再使用
不可达阶段：某一块堆内存已经不再有任何的栈内存所指向，那么这块空间将成为垃圾空间
收集阶段：JVM会自动的进行此块垃圾空间的标记，标记之后将准备通过GC回收释放，JDK1.8及以前的版本均使用finalize()方法，JKD1.9及以后的版本推荐使用CLeaner来完成
释放阶段：JVM重新回收垃圾的堆内存空间，供后续新对象使用

概叙