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    IO流為什么必須手動關閉,不能像其他的對象坐等GC回收?

    2023-07-07 09:32:43    來源:Java極客技術    
    一、問題回溯

    在項目的開發過程中,當我們對文件進行讀寫操作時,不知道大家有沒有碰到這樣的問題。

    有的同學在做一個讀取臨時文件數據的工作,當讀完文件內容,準備將其刪除的時候,有時候會正常,但有時候會提示:操作無法完成,因為文件已在 Java? Platform SE binary 中打開,編譯器也會提示:Resource leak: "xxxx" is never closed。


    (資料圖)

    樣例代碼如下:

    File file = new File("xxx.txt");// 實例化輸入流FileReader reader = new FileReader(file);// 緩沖區char[] buffer = new char[1024];// 分次讀取數據,每次最多讀取1024個字符,將數據讀取到緩沖區之中,同時返回讀取的字節個數int len;while ((len = reader.read(buffer)) > -1) {    // 字符轉為字符串    String msg = new String(buffer, 0, len);    System.out.println(msg);}// 刪除文件file.delete();

    經過排查,發現出現該問題的原因是:讀取文件的 IO 流沒有正常的關閉,導致文件一直被流持有,刪除文件不成功!

    那這么解決這個問題呢?答案其實也很簡單,當讀完 IO 流的數據或者寫完數據,手動調用一下關閉流的方法,最后再進行刪除文件。

    // 刪除文件之前,先將 IO 流關閉reader.close();// 刪除文件file.delete();

    可能有的同學會發出疑問,為什么 IO 流必須手動關閉,不能像其他的方法一樣坐等 GC 回收?

    今天我們就一起來聊聊這個話題,以及如何正確的關閉 IO 流操作。

    二、為什么 IO 流需要手動關閉?

    熟悉編程語言的同學,可能知道,無論是 C 語言還是 C++,都需要手動釋放內存,但是 Java 不需要。

    這主要得益于 Java 的虛擬機垃圾回收機制,它可以幫助開發者自動回收內存中的對象,不需要手動釋放內存,但是有些東西它是無法回收的,例如端口、顯存、文件等,超出了虛擬機能夠釋放資源的界限。

    如果對未關閉流的文件進行讀寫操作,可能就會報錯,告訴你這個文件被某個進程占用。如果不手動釋放資源,隨著資源占有量逐漸增多,垃圾會越來越多,最終可能導致系統無法存儲其他的資源,甚至會出現系統崩潰。

    一般來說,只要存在 IO 流讀寫操作,無論使用到的是網絡 IO 或者文件 IO,都是需要和計算機內的資源打交道的,清理計算機上面的垃圾,Java 的虛擬機垃圾回收機制沒有這個能力。

    熟悉 Java 虛擬機垃圾回收機制的同學,可能知道 gc 有兩個顯著的特點:

    gc 只能釋放內存資源,而不能釋放與內存無關的資源gc 回收具有不確定性,也就是說你根本不知道它什么時候會回收

    所以進行流的操作時,凡是跨出虛擬機邊界的資源都要求程序員自己手動關閉資源。

    可能有的同學又發出疑問,我平時本地測試的時候沒有發現這個問題,為什么部署到線上就出這個提示的呢?

    以讀取文件的FileInputStream流為例,其實里面隱含了一個finalize方法,當虛擬機進行垃圾回收之前,會調用這個方法。

    打開源碼,你會發現底層調用的其實是close釋放資源的方法,可以看到 JDK 間接的幫助開發者進行最后一次的兜底。

    /** * Ensures that the close method of this file input stream is * called when there are no more references to it. * * @exception  IOException  if an I/O error occurs. * @see        java.io.FileInputStream#close() */protected void finalize() throws IOException {    if ((fd != null) &&  (fd != FileDescriptor.in)) {        /* if fd is shared, the references in FileDescriptor         * will ensure that finalizer is only called when         * safe to do so. All references using the fd have         * become unreachable. We can call close()         */        close();    }}

    這就解釋了,為什么只是時不時的會出現提示,并不是總是。這個方法什么時候被調用,這取決于虛擬機的垃圾回收頻次。

    但是在實際的開發過程中,開發者不能完全依賴虛擬機幫你回收這些系統資源,只要涉及到流的操作,強烈建議大家一定要手動關閉釋放資源,避免出現一些不必要的bug。

    具體如何手動釋放資源資源呢,我們接著看!

    三、正確的關閉流姿勢介紹

    我們深知在操作 Java 流對象后要將流進行關閉,但是現實的情況卻往往不盡人意,原因是每個開發者的寫法可能不盡相同,不同的寫法導致出現各種千奇百怪的問題,下面我們一起來看看幾種關閉流的代碼案例!

    寫法 1:在 try 中關流,而沒在 finally 中關流
    try {    OutputStream out = new FileOutputStream("file");    // ...操作流代碼    out.close();} catch (Exception e) {    e.printStackTrace();}

    當操作流代碼報錯的時候,這種寫法會導致流無法正常的關閉,因此不推薦采用!

    正確的操作方式,應該在finally里面完成,實例代碼如下:

    OutputStream out = null;try {    out = new FileOutputStream("file");    // ...操作流代碼} catch (Exception e) {    e.printStackTrace();} finally {    // 在 finally 中進行關閉,確保一定能被執行    try {        if (out != null) {            out.close();        }    } catch (Exception e) {        e.printStackTrace();    }}
    寫法 2:在關閉多個流時,將其放在一個 try 中

    在關閉多個流時,有的同學嫌棄麻煩,將其放在一個 try 中完成,實例代碼如下:

    OutputStream out1 = null;OutputStream out2 = null;try {    out1 = new FileOutputStream("file");    out2 = new FileOutputStream("file");    // ...操作流代碼} catch (Exception e) {    e.printStackTrace();} finally {    try {        if (out1 != null) {            // 如果此處出現異常,則out2流沒有被關閉            out1.close();        }        if (out2 != null) {            out2.close();        }    } catch (Exception e) {        e.printStackTrace();    }}

    這種寫法下,當out1.close出異常的時候,out2.close是不會被正常關閉的,因此不推薦采用!

    正確的操作方式,應該是一個一個的close,別偷懶,實例代碼如下:

    OutputStream out1 = null;OutputStream out2 = null;try {    out1 = new FileOutputStream("file");    out2 = new FileOutputStream("file");    // ...操作流代碼} catch (Exception e) {    e.printStackTrace();} finally {    try {        if (out1 != null) {            out1.close();        }    } catch (Exception e) {        e.printStackTrace();    }    try {        if (out2 != null) {            out2.close();        }    } catch (Exception e) {        e.printStackTrace();    }}
    寫法 3:在循環中創建流,在循環外關閉

    有的同學在循環操作多個文件時,在循環外關閉文件流,實例代碼如下:

    OutputStream out = null;try {    for (int i = 0; i < 10; i++) {        out = new FileOutputStream("file");        // ...操作流代碼    }} catch (Exception e) {    e.printStackTrace();} finally {    try {        if (out != null) {            out.close();        }    } catch (Exception e) {        e.printStackTrace();    }}

    表面看上去好像沒有問題,但是實際上創建了 10 個 IO 流,try 里面的邏輯執行完成之后,只是把最后的一個 IO 流對象賦予給了out參數。也就是當程序執行完畢之后,只關閉了最后一個 IO 流,其它 9 個 IO 流沒用被手動關閉,因此不推薦采用!

    正確的操作方式,應該是在循環體內close,別偷懶,實例代碼如下:

    for (int i = 0; i < 10; i++) {    OutputStream out = null;    try {        out = new FileOutputStream("file");        // ...操作流代碼    } catch (Exception e) {        e.printStackTrace();    } finally {        try {            if (out != null) {                out.close();            }        } catch (Exception e) {            e.printStackTrace();        }    }}
    寫法 4:關閉多個流時,沒用遵循后定義先釋放原則

    有的同學在操作多個文件流時,操作完成之后,依照先后次序進行關閉文件流,實例代碼如下:

    FileOutputStream fos = null;BufferedOutputStream bos = null;try {    fos = new FileOutputStream("file");    bos = new BufferedOutputStream(fos);    // ...操作流代碼} catch (Exception e){} finally {    // 依次關閉流    try {        fos.close();    } catch (IOException e) {        e.printStackTrace();    }    try {        // 此處會報 java.io.IOException: Stream Closed 錯誤        bos.close();    } catch (IOException e) {        e.printStackTrace();    }}

    按照先后順序關閉文件流,這種寫法下,有可能會報java.io.IOException: Stream Closed錯誤。

    原因是BufferedOutputStream依賴于FileOutputStream,如果直接關閉FileOutputStream流,再次關閉BufferedOutputStream,會提示源頭已經被關閉,緩存區數據無法輸出。

    正確的操作方式,應該遵循后定義先釋放的原則,實例代碼如下:

    FileOutputStream fos = null;BufferedOutputStream bos = null;try {    fos = new FileOutputStream("file");    bos = new BufferedOutputStream(fos);    // ...操作流代碼} catch (Exception e){} finally {    // 后定義先釋放    try {        bos.close();    } catch (IOException e) {        e.printStackTrace();    }    try {        fos.close();    } catch (IOException e) {        e.printStackTrace();    }}
    寫法 5:jdk7 及以上版本,推薦采用 try-with-resources 寫法

    try-with-resources是 JDK 7 中引入的一個新的異常處理機制,它能讓開發人員不用顯式的釋放try-catch語句塊中使用的資源。

    以上文為例,可以改成如下寫法:

    try (FileOutputStream fos = new FileOutputStream("file");     BufferedOutputStream bos = new BufferedOutputStream(fos)){    // ...操作流代碼} catch (Exception e){    e.printStackTrace();}

    try-with-resources釋放資源的操作,也是遵循的后定義先釋放的原則!

    寫法 6:使用包裝流時,只需要關閉最后面的包裝流即可

    包裝流是指通過裝飾設計模式實現的 IO 流類,其目的是對底層流的功能進行擴展,在實際數據傳輸的時候,還是使用底層流進行傳輸。比如緩存字節輸出流BufferedOutputStream就是一個包裝流,目的是對字節輸出流提供一個緩存區功能,讓數據輸出效率更高。

    在使用到包裝流的時候,我們只需要關閉最后面的包裝流即可。

    以上文為例,改寫的實例代碼如下:

    InputStream is = null;InputStreamReader isr = null;BufferedReader br = null;try {    is = new FileInputStream("file");    isr = new InputStreamReader(is);    br = new BufferedReader(isr);    // ...操作流代碼} catch (Exception e){    e.printStackTrace();} finally {    // 關閉包裝流,也會自動關閉 InputStream 流    try {        br.close();    } catch (IOException e) {        e.printStackTrace();    }}

    這是因為,包裝流關閉時會調用原生流的關閉方法,請看源碼!

    public void close() throws IOException {    synchronized (lock) {        if (in == null)            return;        try {            // 這里的in 指的是 InputStreamReader,最后會原生流的close方法            in.close();        } finally {            in = null;            cb = null;        }    }}
    四、內存流是否需要關閉?

    在上文中,我們提到只要是 IO 流都建議大家手機關閉資源,但是在 Java 中有一種流,它是不需要手動關閉的,比如內存讀寫流:ByteArrayInputStream、ByteArrayOutputStream。

    不同于指向硬盤的流,ByteArrayInputStream和ByteArrayOutputStream其實是偽裝成流的字節數組存儲在內存中(把它們當成字節數據來看就好了),他們不會鎖定任何文件句柄和端口,如果不再被使用,字節數組會被垃圾回收掉,所以不需要關閉。

    當 IO 流是指向存儲卡 / 硬盤 / 網絡等外部資源的流,是一定要手動關閉的。

    五、小結

    本位主要圍繞【為什么 IO 流必須手動關閉,不能像其他的方法坐等 GC 處理】這個話題進行一次內容的整合和總結,同時也給出了推薦的正確關閉 IO 流的寫法。

    在實際的開發過程中,建議大家正確的使用 IO 流,以免出現各種 bug !

    內容難免有所遺漏,歡迎網友留言指出。

    六、參考

    1、csdn - 演員12138 - IO流為什么必須手動關閉,不能像其他的方法坐等GC處理

    2、csdn - 思想永無止境 - Java之關閉流

    關鍵詞:

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