PhantomReference分析

本文介绍了PhantomReference的作用，以及它与WeakReference区别。同时纠正网上关于引用对象回收时间的错误说法（个人认为不正确）。本文没有考虑finalize方法是如何实现（具体可以参考Finalizer和FinalReference的介绍），只考虑finalize方法执行条件和结果。

术语

• reference（phantom reference）：引用对象本身，也就是WeakReference，PhantomReference等对象
• 清除（clear）：引用中的reference字段被设置为null，即切断reference与其引用的对象之间的关系
• phantom可达对象：对象不是强，软，弱可达，同时被设置为finalized后，对象就是phantom可达
  
• finalized状态：对象的finalize方法执行后，对象所处的状态

对象的生命周期

 下面介绍一个phantom reference 引用的对象从创建到被回收会经历哪些事

1. 创建对象，以及phantom reference

public static TestObject instanceA = null;
ReferenceQueue queue = new ReferenceQueue<>();
instanceA = new TestObject();   // 创建对象
PhantomReference phantomRef = 
				new PhantomReference(instanceA, queue); //创建phantom引用

2. 对象不可达（这里指没有强引用）

instanceA = null; // 对象已经不需要再使用了，可以被回收了

3. 对象被GC发现其只有phantom reference引用，检查是否需要执行finalize方法

// GC发现了这个对象可以被回收，如果对象覆盖了finalize方法还需要执行finalize方法
System.gc();

// 对象的finalize方法
protected void finalize() throws Throwable {
	super.finalize();
	System.out.println("finalize method executed");
}

4. 对象已经处于finalized状态
5. 对象再次被GC发现，认为它是phantom可达对象，将其加入reference的pending链表
6. ReferenceHandler将pending链表表头加入ReferenceQueue
7. 手动清除（clear） phantom reference对象成为完全不可达对象（phantom reference 也没有对象的引用）
8. GC发现对象不可达，回收对象所占的空间

对象再生

 这里解释下为什么要两次GC才能将对象视为为phantom可达对象。因为第一次GC时，finalize方法没有被执行过，所以即使对象已经没有其他引用了，但是仍然不满足phantom可达对象的条件（对象处于finalized状态）。如果对象没有覆盖finalize方法就可以直接视为finalized状态，那么一次GC就可以将对象视为phantom可达对象。第二次GC发现对象没有其他引用，同时又处于finalized状态，那么这次就可以将对象视为phantom可达对象。

 如果第二次GC发现对象有其他引用呢？这里就引申出对象再生问题，为什么对象会再生呢？这种情况只可能发生在finalize方法中将对象赋值给了其他引用（不推荐这种用法），因为能访问到对象的只有其本身（PhantomReference的get方法也访问不到对象，虽然反射可以得到对象的引用但是这不是个好习惯）。如果已经发生了这种意外怎么办？本来是希望让finalize方法作为对象回收时的清理工作（期望对象被回收），但是对象却再生了。虽然finalize没有完成预期的工作，但是别失望，还有phantom reference可以完成这个工作。

 为了应对上面finalize的缺陷，phantom reference 派上了用场。当然这也不是单靠phantom reference就可以完成的，它也利用了finalize方法只能执行一次的特点，也就是说对象只可能再生一次。那么当GC再次发现对象不可达之后，它之前就处于finalized状态了，这时就满足了phantom可达对象的条件。然后GC就会将phantom reference 添加到pending链表，以便ReferenceHandler将其放入队列。

其他问题

 网上有人认为对象有几种状态Unfinalized Finalizable Finalized Reclaimed，那么这几种分别对应上面对象的哪个生命阶段呢？

• Unfinalized: 对象被创建后，而且有比phantom reference更强的引用。
• Finalizable： GC发现对象只有phantom reference引用后，且其finalize方法没有执行。
• Finalized：无论对象有没有引用，只要对象的fanalize方法被执行，对象处于Finalized状态
• Reclaimed: GC释放了对象占用的内存

 网上有人说weak reference要等到对象被释放后才能入队，而phantom reference在对象被释放之前就入队了，这个说法有没有问题？

• 首先，WeakReferece的注释中并没有强调weak reference引用的对象什么时候被回收，只说过weak reference以及与它有关的一系列weak reference 都会被清除(clear)后，weak reference才会入队。
• 其次，通过在finalize方法上设置断点，在finalize方法没有执行完之前就可以发现weak reference已经被清除（clear），而且已经入队了。这就可以说明，WeakReference只能保证对象weak不可达时，将清除weak reference 然后将weak reference入队。它并不保证weak referenec引用的对象被回收，甚至可以说根本就没有被回收，因为finalize方法都没执行完，怎么可能被回收。
• 最后，根据上面对象的生命周期phantom reference引用的对象一定没有被回收。这一点在PhantomReference的注释中也提到过，phantom reference引用的对象会一直存在，知道phantom reference被清除（clear）或者phantom reference本身也成为不可达对象。

参考代码

public class TestObject{
	public static TestObject instanceA = null;
	
	@Override
	protected void finalize() throws Throwable {
		super.finalize();
		System.out.println("finalize method executed");
	}
	
	public static void main(String[] args) 
			throws InterruptedException {
		ReferenceQueue queue = new ReferenceQueue<>();
		instanceA = new TestObject(); //创建对象
		/*WeakReference weakRef = 
		new WeakReference(instanceA, queue); */
		PhantomReference phantomRef = 
				new PhantomReference(instanceA, queue); //创建phantom引用
		instanceA = null; // 不再使用对象
		System.gc();
		
		/*
		 * 将pending链表节点加入queue的ReferenceHandler是并发执行的，
		 * 等待其将reference放入queue。另外，执行finalize方法的
		 * FinalizerThread线程优先级很低，需要等finalize方法执行。
		 */
		Thread.sleep(1000);	
		System.gc();
		Thread.sleep(1000);
		System.out.println(queue.poll());
	}
}