2023. 7. 28. 23:42ㆍJava
자바에는 2가지의 객체 소멸자가 존재한다
- finalize()
- cleaner()
💡 객체 소멸자란?
객체가 메모리에서 제거될 때 호출되는 함수나 메소드
본래의 뜻과 같은 의도의 함수이지만
객체 소멸자는 기본적으로 쓰지 말아야 한다.
왜냐하면 finalizer(), cleaner() 가 언제 실행된다는 보장이
전적으로 GC 의 알고리즘에 달려 있어 프로그래머가 사용한다고 해도 보장을 받지 못하기 때문이다.
그래서 finalizer(), cleaner() 는 기본적으로 쓰지 말라고 하지만
더더욱 쓰지 말아야 하는 순간과 상황들이 존재하게 되는 데
이는 다음 경우들이다.
- 상태를 영구적으로 수정하는 작업
- 성능 문제
- 보안 문제
사실상 finalize, cleaner 안에서는 무엇을 보장받지 못한다.
그렇다면 finalizer 와 cleaner 의 대안은 무엇일까?
바로 클래스가 AutoClosable 인터페이스를 구현해주고, 사용자가 코드에서 close() 를 명시적으로 사용해주면 된다.
💡 물론 아는 사람들은 알겠지만 try-with-resources 을 사용한다면 close() 를 직접 호출할 필요가 없다!
close() 을 구현함에 있어서 물론 이렇게 생각할 수도 있다.
그냥 객체가 종료될 때 필요할만한 작업, 즉 코드를 넣으면 되는 것 아니야?
그렇다면 필요한 작업 은 무엇일까? 라는 고민을 해봐야 한다.
우리가 finalizer, cleaner 를 사용하지 말라던 이유를 다시 보자.
이는 제대로 자원의 비할당이 제대로 이루어지지 않는 다는 것이 문제였고,
이에 대한 해결책으로 실행됨이 보장되는 close() 를 통해 자원의 비할당을 이루자는 것이었다.
즉, 우리는 AutoCloseable 을 구현하는 데 있어 2 가지 부분을 고려해야 한다.
- 자원이 아직 할당되어 있을시에만 작업 하기
- 만약 자원이 없을 경우, Error 던져주기
위 2 가지를 고려한 코드 예시
public class ManagedFile implements AutoCloseable {
private final File file;
public ManagedFile(String filePath) {
this.file = new File(filePath);
// 파일 열기 관련 로직...
}
public void doSomethingWithFile() {
// 파일 관련 작업 코드...
}
@Override
public void close() {
isClosed = true;
}
}
문제가 없어보이는 평범한 코드같아 보인다.
하지만 위 코드에는 ManagedFile 이
아직 메모리를 할당받은 상태인가에 대한 고려가 안되어 있기 때문에
메모리에 없는 객체를 참조하는 일이 일어날 수 있다.
따라서 위에서 말한 2 가지의 경우를 고려한 코드로 수정한다면
public class ManagedFile implements AutoCloseable {
private final File file;
private boolean isClosed = false;
public ManagedFile(String filePath) {
this.file = new File(filePath);
// 파일 열기 관련 로직...
}
public void doSomethingWithFile() {
if(isClosed) {
throw new IllegalStateException("File is already closed");
}
// 파일 관련 작업 코드...
}
@Override
public void close() {
if(isClosed) {
throw new IllegalStateException("File is already closed");
}
isClosed = true;
}
}
이와 같을 것이다.
그렇다면 대체 finalizer 와 cleaner 는 왜 있을까?
어떻게 보면 없는 게 당연해 보일만큼
단점도 한 가득에다가 이미 close 라는 훌륭한 대안도 있다.
하지만 쓸모없어 보이는 finalizer 와 cleaner 에도 쓰임새가 2 가지 정도 있다. (책에서는 아마도 라는 표현을 사용함)
1. 안정망 역할
close() 메서드가 finalizer, cleaner 의 훌륭한 대체제임에는 틀림없다. 하지만 위에서 이렇게 설명이 나와 있은 것을 볼 수 있다.
바로 클래스가 AutoClosable 인터페이스를 구현해주고,
사용자가 close() 를 명시적으로 사용해주면 된다.
즉, 사용자가 직접 close() 를 호출 해야 한다는 것이다.
사람이 일일히 수작업으로 달아야 한다는 것은
동시에 사람이기에 실수한다면 영영 자원회수가 안될 수 있다는 것을 내포한다.
이런 경우 우리는 사람의 실수를 염두에 둔 클래스를
close, cleaner 2 가지 방식을 전부 다 구현하여
close 도 가능하고, cleaner 도 가능한 클래스로 만드는 것이다.
코드를 통한 예시
파일을 관리/수정/사용 하는 FileManager 클래스를 만든다고 해보자.
1. close 만 구현하는 경우
import java.io.File;
public class FileManagerOnlyClose implements AutoCloseable{
private File file;
public FileManagerOnlyClose(String filePath) {
this.file = new File(filePath);
}
@Override
public void close() throws Exception {
if(file != null) {
file.delete(); // 존재
System.out.println("File Deleted");
file = null; // 자원 비할당
}
}
}
이렇게 구현을 해놓은 경우, 가져다 쓸 때는 아래처럼 사용하면 된다.
public class Main {
public static void main(String[] args) {
FileManager fileManager = new FileManager("path_to_your_file")
// 파일을 사용하는 코드...
fileManager.close(); // 자원 비할당
}
}
2. close, cleaner 둘 다 구현하는 경우
import java.io.*;
import java.lang.ref.Cleaner;
public class FileManager implements AutoCloseable {
private static final Cleaner cleaner = Cleaner.create();
private static class State implements Runnable {
private File file;
State(File file) {
this.file = file;
}
@Override
public void run() {
file.delete();
System.out.println("File deleted");
file = null;
}
}
private final State state;
private final Cleaner.Cleanable cleanable;
public FileManager(String filePath) {
state = new State(new File(filePath));
cleanable = cleaner.register(this, state);
}
@Override
public void close() {
cleanable.clean();
}
}
이 클래스에서는 내부 클래스인 State를 정의하고 사용하고 있습니다.
State 클래스는 Runnable 인터페이스를 구현하고,
이는 run 메서드를 오버라이드(재정의)하여 구현하게 됩니다.
run 메서드에는 파일을 삭제하는 코드가 들어 있습니다.
State 클래스는 FileManager 클래스에서 파일을 추적하고 삭제하기 위한 도구로 사용됩니다.
Cleaner.register 메서드에 전달되며,
FileManager 객체가 GC 대상이 될 때 State의 run 메서드가 호출됩니다.
public class Main {
public static void main(String[] args) {
FileManager fileManager = new FileManager("path_to_your_file");
// 파일을 사용하는 코드...
// close 메서드를 호출하지 않았습니다.
}
}
이 방법은 어디까지나 사용자가 close 를 직접 호출하지 않을 수 있기에 마련한 안정망임을 명심해야 합니다!
여기서 잠깐! 왜 굳이 내부 클래스인 State 가 필요할까?
Cleaner를 사용하려면 Cleaner에 등록될 때 실행할 "청소 작업"을 정의해야 합니다.
이 작업은 Runnable 인터페이스를 구현한 어떤 객체에서도 정의될 수 있습니다.
이 코드에서는 이 작업이 State라는 내부 클래스에서 정의되었습니다.
State 클래스가 없다면, 대신 다른 Runnable 인터페이스를 구현한 클래스를 사용해야 합니다.
Cleaner에 등록될 "청소 작업"을 정의하는 클래스는 꼭 State일 필요는 없습니다.
하지만, 이 청소 작업을 정의하는 클래스는 반드시 있어야 합니다.
따라서, 반드시 State 클래스라는 특정 클래스가 필요한 것은 아니지만,
Cleaner를 사용하려면 Cleaner에 등록될 때 실행할 청소 작업을 정의하는 어떤 클래스는 반드시 필요합니다.
이 클래스는 Runnable 인터페이스를 구현해야 하며, run 메서드에서 "청소 작업"을 정의해야 합니다.
즉, State 클래스가 없다면, 해당 "청소 작업"을 수행할 다른 클래스를 정의해야 합니다.
이 클래스는 FileManager 클래스의 내부 클래스일 수도 있고, 외부 클래스일 수도 있습니다.
하지만 내부 클래스를 사용하면 FileManager 클래스의 멤버에 쉽게 접근할 수 있으므로 편리합니다.
💡
정리하자면, Cleaner.register의 두 번째 파라미터에는
Runnable 객체를 넣도록 되어 있기에, Runnable 의 구현체가 필요하다.
이를 위한 방법으로 Runnable 인터페이스를 구현한 내부 정적 클래스 State 를 선언
2. 네이티브 피어(native peer) 와 연결된 객체
💡 네이티브 피어란?
운영 체제나 플랫폼에 특화된 코드를 실행하는 방법입니다.
네이티브 피어를 사용하는 것은 Java Native Interface (JNI)를 통해 이루어지며,
이는 자바가 C, C++ 등과 같은 기타 언어로 작성된 코드를 호출할 수 있게 합니다.
자바의 메모리 관리는 JVM 이 GC 를 통해 한다고 알려져 있고
일반적으로 이 경우는 맞는 말이다.
하지만 JNI 를 통해 네이티브 메소드를 호출할 경우,
이는 JVM 의 메모리 밖이기 때문에 사용자가 직접 메모리를 관리해야 한다.
이러한 상황에서 Cleaner 를 사용해서 네이티브 자원을 안전하게 정리할 수 있다.
근데 JVM 의 메모리 밖이 무슨 말이야?
JVM은 프로세스 메모리의 일부를 자바 힙으로 사용하고,
이 공간은 자바 객체들이 할당되는 곳입니다.
JVM의 가비지 컬렉터는 이 힙 영역의 메모리를 관리하고,
더 이상 사용되지 않는 객체들을 GC 를 통해 회수합니다.
한편, JNI를 통해 호출된 네이티브 메소드는
JVM의 힙 영역이 아닌, 나머지 프로세스 메모리 공간에 직접 메모리를 할당합니다.
이 메모리 영역은 네이티브 힙이라고도 불리며, JVM의 가비지 컬렉터의 관리 범위 밖에 있습니다.
그렇기 때문에 네이티브 메소드에서 할당된 메모리는 개발자가 직접 관리해야 합니다.
즉, 더 이상 필요하지 않은 메모리는 개발자가 직접 해제해야 합니다.
코드 예시
import java.lang.ref.Cleaner;
public class NativeResource {
// 네이티브 자원에 대한 참조변수
private final long nativeHandle;
// Cleanable 을 유지하기 위한 참조
private final Cleaner.Cleanable cleanable;
public NativeResource() {
// 네이티브 자원 할당
this.nativeHandle = allocate();
// Cleaner 설정
this.cleanable = Cleaner.create().register(this, new State(this.nativeHandle));
}
// JNI 를 통해 네이티브 코드를 호출하여 자원을 할당, 해제합니다.
// 실제로는 allocate, free 에 해당하는 네이트브 코드를 작성하고
// 이를 JVM 실행시 (일반적으로) 정적 초기화 블록을 통해 등록해야 합니다.
private static native long allocate();
private static native void free(long nativeHandle);
private static class State implements Runnable {
private final long nativeHandle;
private State(long nativeHandle) {
this.nativeHandle = nativeHandle;
}
@Override
public void run() {
free(nativeHandle);
}
}
public void close() {
cleanable.clean();
}
}
위 코드는 네이티브 자원을 할당받은 예시 클래스이다.
위 클래스를 사용하게 된다면 네이티브 자원들은 프로그램이 종료될 때까지 자원 해제가 되지 않을 것이다. 그렇기 때문에 사용하게 된다면, 아래와 같이
public class Application {
public static void main(String[] args) {
// NativeResource 인스턴스 생성
NativeResource resource = new NativeResource();
try {
// resource를 이용한 작업 수행...
} finally {
// 작업 완료 후 자원 정리
resource.close();
}
}
}
finally 블록 안에서 close 를 명시적으로 호출해주거나
public class Application {
public static void main(String[] args) {
// NativeResource 인스턴스 생성
NativeResource resource = new NativeResource();
// 네이티브 자원을 이용한 작업...
}
}
이렇게 사용하게 되면 아까 등록한
public NativeResource() {
// 네이티브 자원 할당
this.nativeHandle = allocate();
// Cleaner 설정
this.cleanable = Cleaner.create().register(this, new State(this.nativeHandle));
}
Cleaner 가 종료후 자원 회수하기를 기대할 수 있다.
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