Java中管理資源的引用隊(duì)列相關(guān)原理解析

當(dāng)對象改變其可達(dá)性狀http://態(tài)時(shí)，對該對象的引用就可能會被置于引用隊(duì)列(reference queue)中。這些隊(duì)列被垃圾回收器用來與我們的代碼溝通有關(guān)對象可達(dá)性變化的情況。這些隊(duì)列是探測可達(dá)性變化的最佳方式，盡管我們也可以通過檢查get方法的返回值是不是null來探測對象的可達(dá)性變化。

引用對象在構(gòu)造時(shí)可以與特定隊(duì)列建立關(guān)聯(lián)。Reference的每一個(gè)子類都提供了如下形式的構(gòu)造器:

.public Strength Reference (T referent, ReferenceQueueq):該方法用給定的指稱對象創(chuàng)建新的引用對象，并且把該引用對象注冊到給定的隊(duì)列中。弱引用和軟引用在垃圾回收器確定它們的指稱對象進(jìn)人它們所表示的特定可達(dá)性狀態(tài)之后，就會被插人到隊(duì)列中，并且這兩種引用在插人隊(duì)列前都會被清除。虛引用也會在垃圾回收器確定它的指稱對象進(jìn)入虛可達(dá)狀態(tài)之后，被插入到隊(duì)列中，但是它們不會被清除。一旦引用對象被垃圾回收器插人到隊(duì)列中，其get方法的返回值就肯定會是null，因此該對象就再也不能復(fù)活了。

將引用對象注冊到引用隊(duì)列中并不會創(chuàng)建隊(duì)列和引用對象之間的引用。如果我們的引用對象本身變成了不可達(dá)的，那么它就不能插人隊(duì)列了。因此我們的應(yīng)用需要保持對所有引用對象的強(qiáng)引用。

ReferenceQueue類提供了三個(gè)用來移除隊(duì)列中引用的方法:

.public Reference < ? extends下>poll ():用于移除并返回該隊(duì)列中的下一個(gè)引用對象，如果隊(duì)列為空，則返回null.

　　.public Referenceremove ()throws InterruptedException:用于移除并返回該隊(duì)列中的下一個(gè)引用對象，該方法會在隊(duì)列返回可用引用對象之前一直阻塞。

　　.public Referenceremove (long timeout) throws interrupte-dException:用于移除并返回隊(duì)列中的下一個(gè)引用對象。該方法會在隊(duì)列返回可用引用對象之前一直阻塞，或者在超出指定超時(shí)后結(jié)束。如果超出指定超時(shí)，則返回null.如果指定超時(shí)為0，意味著將無限期地等待。

poll方法使得線程可以查詢某個(gè)引用是否在隊(duì)列中，并且在該引用存在于隊(duì)列中時(shí)執(zhí)行特定的動作。remove方法可以處理更復(fù)雜(更少見)的情況，在該方法中有一個(gè)專門的線程負(fù)責(zé)從隊(duì)列中移除引用，并執(zhí)行恰當(dāng)?shù)膭幼鳌＿@些方法的阻塞行為和object.wait中定義的阻塞行為相同。對于特定的引用，我們可以通過其isEnqueued方法來查詢它是否在隊(duì)列中，也可以通過調(diào)用其enqueue方法將其強(qiáng)制插入到隊(duì)列中，但是通常這種插人是由垃圾回收器完成的。

引用隊(duì)列中的虛引用可以用來確定對象何時(shí)可以被回收。我們不可能通過虛引用來訪問任何對象，即使該對象通過其他方式是可達(dá)的也是如此，因?yàn)樘撘玫膅et方法總是返回null,事實(shí)上，用虛引用來查找要回收的對象是最安全的方法，因?yàn)槿跻煤蛙浺迷趯ο罂山K結(jié)之后會被插人到隊(duì)列中，而虛引用是在指稱對象被終結(jié)之后插人到隊(duì)列中的，即在該對象可以執(zhí)行某些操作的最后時(shí)刻之后插人隊(duì)列的，所以它是絕對安全的。如果可以的話，應(yīng)該總是使用虛引用，因?yàn)槠渌脮嬖趂inalize方法使用可終結(jié)對象的可能性。

考慮一個(gè)資源管理器的例子，它可以控制外部資源集合的訪問。對象可以請求訪問某項(xiàng)外部資源，并且直至操作完成才結(jié)束訪問，在此之后，它們應(yīng)該將所用資源返回給資源管理器。如果這項(xiàng)資源是共享的，它的使用權(quán)就會http://在多個(gè)對象之間傳遞，甚至可能會在多個(gè)線程之間傳遞，因此我們很難確定哪個(gè)對象是這項(xiàng)資源最后的使用者，從而也就很難確定哪段代碼將負(fù)責(zé)返回這項(xiàng)資源。為了處理這種情況，資源管理器可以通過將資源關(guān)聯(lián)到被稱為鍵(key)的特殊對象上，實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)資源的自動回收。只要鍵對象是可達(dá)的，我們就認(rèn)為這項(xiàng)資源還在使用中;只要鍵對象可以被當(dāng)作垃圾回收，這項(xiàng)資源就會被自動釋放。下面的代碼是對上述資源的抽象表示:

interface Resource{

　　void use(Object key, Object…args);

　　void release();}

當(dāng)獲得某項(xiàng)資源時(shí)，其鍵對象必須提供給資源管理器。對于交還的Resource實(shí)例，只有在它得到了其對應(yīng)的鍵時(shí)，才可以使用這項(xiàng)資源。這樣就可以確保在鍵被回收之后，它所對應(yīng)的資源就不能再被使用了，即便表示這項(xiàng)資源的Resource對象本身可能仍然是可達(dá)的。請注意，Resource對象并未存儲對鍵對象的強(qiáng)引用，這一點(diǎn)很重要，因?yàn)檫@可以防止鍵對象變?yōu)椴豢蛇_(dá)的，從而造成資源不能收回。Resource的實(shí)現(xiàn)可以嵌套在資源管理器中:

private static class ResourceImpl implements Resource{

　　int keyHash;

　　boolean needsRelease=false

　　ResourceImpl(Object key){

　　keyHash=System.identityHashCode(key);

　　//=set up the external resource

　　needsRelease=true; }

　　public void use(Object key，Object... args){

　　if (System.identityHashCode(key)!=keyHash)

　　throw new IlleqalArgumentException("wrong key"

　　//...use the resource　　}

　　public synchronized void release(){　　if (needsRelease){

　　needsRelease=false:

　　//=release the resource　　}　　}　　}

在資源被創(chuàng)建時(shí)就存儲了鍵對象的散列碼，并且無論何時(shí)調(diào)用use方法，它都會檢查是否提供了相同的鍵。對資源的實(shí)際使用可能還需要進(jìn)行同步，但是為了簡單起見，我們在這里把它們省略了。release方法負(fù)責(zé)釋放資源，它可以由資源的使用者在使用結(jié)束之后直接調(diào)用，也可 以由資源管理器在鍵對象不再被引用時(shí)調(diào)用。因?yàn)槲覀儗⑹褂锚?dú)立的線程來監(jiān)視引用隊(duì)列，所以release方法必須是synchronized的，并且必須允許多次調(diào)用。

實(shí)際的資源管理器具有如下形式:

public final class ResourceManager{　　final ReferenceQueue

鍵對象可以是任意對象，與讓資源管理器分配鍵對象相比，這賦予了資源使用者極大的靈活性。在調(diào)用getResource方法時(shí)，會創(chuàng)建一個(gè)新的Resource工mpl對象，同時(shí)會把提供給該方法的鍵傳遞給這個(gè)新的ResourceImpl對象。然后會創(chuàng)建一個(gè)虛引用，其指稱對象就是傳遞給該方法的鍵，之后這個(gè)虛引用會被插人到資源管理器的引用隊(duì)列中。最后所創(chuàng)建的虛引用和引用對象會被存儲到映射表中，這個(gè)映射表有兩個(gè)用途:一是保持所有的虛引用對象都是可達(dá)的，二是可以提供便捷的方法來查詢每個(gè)虛引用所關(guān)聯(lián)的實(shí)際的Resource對象。(另一種方式是子類化PhantomReference并將Resource對象存在一個(gè)字段中。)

如果鍵對象變成了不可達(dá)的，那么資源管理器會使用獨(dú)立的“收割機(jī)”(reaper)線程來處理資源。shutdown方法通過終止收割機(jī)線程(以響應(yīng)中斷)從而導(dǎo)致getResource方法拋出Ille-llleStateException異常來“關(guān)閉”資源管理器。在這個(gè)簡單的設(shè)計(jì)中，任何在資源管理器關(guān)閉之后插人隊(duì)列的引用都不會得到處理。實(shí)際的收割機(jī)線程如下:

class ReaperThread extends Thread{

　　public void run(){

　　//run until interrupted

　　while (true){

　　try{

　　Reference ref=queue.remove();

　　Resource res=null;

　　synchronized(ResourceManager.this){

　　res=refs.get(ref);

　　refs . remove(ref);　　}

　　res .release();　　ref.clear();　　}

　　catch (InterruptedException ex){

　　break;//all done　　}　　}　　}　　}

ReaperThread是內(nèi)部類，并且給定的收割機(jī)線程會一直運(yùn)行，直至與其相關(guān)聯(lián)的資源管理器關(guān)閉。該線程會在remove方法上阻塞，直至與特定鍵相關(guān)聯(lián)的虛引用被插人到引用隊(duì)列中為止。這個(gè)虛引用可以從映射表中獲取對Resource對象的引用，然后這一項(xiàng)“鍵一引用”對將會從映射表中移除。緊接著，在Resource對象上調(diào)用其release方法來釋放這項(xiàng)資源。最后，

虛引用被清除，使得鍵可以被回收。

作為一種替代使用獨(dú)立線程的方案，凡是在引用隊(duì)列上調(diào)用poll方法并釋放其鍵已經(jīng)變?yōu)椴豢蛇_(dá)的所有資源的操作都可以用getResourc“方法來替代，shutdow”方法也可以用來執(zhí)行最后的poll操作。而資源管理器的語義將依賴于實(shí)際的資源類型和資源使用的模式。

使用引用隊(duì)列的設(shè)計(jì)與直接使用終結(jié)(特別是使用虛引用)的設(shè)計(jì)相比，要可靠得多。但是我們要記住，對于引用對象插入到引用隊(duì)列中的確切時(shí)間和位置都是不能確定的，我們也不能確定在應(yīng)用程序終止的時(shí)候，所有可插人的引用是否都匕經(jīng)插人到了引用隊(duì)列中。如果我們需要確保所有資源在應(yīng)用程序終止之前都能夠被釋放掉，就必須要安裝必要的關(guān)閉掛鉤或者使用由應(yīng)用程序定義的其他協(xié)議來確保實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。