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  • Java try-with-resource

    背景

    众所周知,所有被打开的系统资源,比如流、文件或者Socket连接等,都需要被开发者手动关闭,否则随着程序的不断运行,资源泄露将会累积成重大的生产事故。

    在Java的江湖中,存在着一种名为finally的功夫,它可以保证当你习武走火入魔之时,还可以做一些自救的操作。在远古时代,处理资源关闭的代码通常写在finally块中。然而,如果你同时打开了多个资源,那么将会出现噩梦般的场景:

    public class Demo {
        public static void main(String[] args) {
            BufferedInputStream bin = null;
            BufferedOutputStream bout = null;
            try {
                bin = new BufferedInputStream(new FileInputStream(new File("test.txt")));
                bout = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(new File("out.txt")));
                int b;
                while ((b = bin.read()) != -1) {
                    bout.write(b);
                }
            }
            catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            finally {
                if (bin != null) {
                    try {
                        bin.close();
                    }
                    catch (IOException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    finally {
                        if (bout != null) {
                            try {
                                bout.close();
                            }
                            catch (IOException e) {
                                e.printStackTrace();
                            }
                        }
                    }
                }
            }
        }
    }

    Oh My God!!!关闭资源的代码竟然比业务代码还要多!!!这是因为,我们不仅需要关闭BufferedInputStream,还需要保证如果关闭BufferedInputStream时出现了异常, BufferedOutputStream也要能被正确地关闭。所以我们不得不借助finally中嵌套finally大法。可以想到,打开的资源越多,finally中嵌套的将会越深!!!

    更为可恶的是,Python程序员面对这个问题,竟然微微一笑很倾城地说:“这个我们一点都不用考虑的嘞~”:

    但是兄弟莫慌!我们可以利用Java 1.7中新增的try-with-resource语法糖来打开资源,而无需码农们自己书写资源来关闭代码。妈妈再也不用担心我把手写断掉了!我们用try-with-resource来改写刚才的例子:

    public class TryWithResource {
        public static void main(String[] args) {
            try (BufferedInputStream bin = new BufferedInputStream(new FileInputStream(new File("test.txt")));
                 BufferedOutputStream bout = new BufferedOutputStream(new FileOutputStream(new File("out.txt")))) {
                int b;
                while ((b = bin.read()) != -1) {
                    bout.write(b);
                }
            }
            catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    是不是很简单?是不是很刺激?再也不用被Python程序员鄙视了!好了,下面将会详细讲解其实现原理以及内部机制。

    动手实践

    为了能够配合try-with-resource,资源必须实现AutoClosable接口。该接口的实现类需要重写close方法:

    public class Connection implements AutoCloseable {
        public void sendData() {
            System.out.println("正在发送数据");
        }
        @Override
        public void close() throws Exception {
            System.out.println("正在关闭连接");
        }
    }

    调用类:

    public class TryWithResource {
        public static void main(String[] args) {
            try (Connection conn = new Connection()) {
                conn.sendData();
            }
            catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    运行后输出结果:

    正在发送数据
    正在关闭连接
    

    通过结果我们可以看到,close方法被自动调用了。

    原理

    那么这个是怎么做到的呢?我相信聪明的你们一定已经猜到了,其实,这一切都是编译器大神搞的鬼。我们反编译刚才例子的class文件:

    public class TryWithResource {
        public TryWithResource() {
        }
        public static void main(String[] args) {
            try {
                Connection e = new Connection();
                Throwable var2 = null;
                try {
                    e.sendData();
                } catch (Throwable var12) {
                    var2 = var12;
                    throw var12;
                } finally {
                    if(e != null) {
                        if(var2 != null) {
                            try {
                                e.close();
                            } catch (Throwable var11) {
                                var2.addSuppressed(var11);
                            }
                        } else {
                            e.close();
                        }
                    }
                }
            } catch (Exception var14) {
                var14.printStackTrace();
            }
        }
    }

    看到没,在第15~27行,编译器自动帮我们生成了finally块,并且在里面调用了资源的close方法,所以例子中的close方法会在运行的时候被执行。

    异常屏蔽

    我相信,细心的你们肯定又发现了,刚才反编译的代码(第21行)比远古时代写的代码多了一个addSuppressed。为了了解这段代码的用意,我们稍微修改一下刚才的例子:我们将刚才的代码改回远古时代手动关闭异常的方式,并且在sendDataclose方法中抛出异常:

    public class Connection implements AutoCloseable {
        public void sendData() throws Exception {
            throw new Exception("send data");
        }
        @Override
        public void close() throws Exception {
            throw new MyException("close");
        }
    }

    修改main方法:

    public class TryWithResource {
        public static void main(String[] args) {
            try {
                test();
            }
            catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        private static void test() throws Exception {
            Connection conn = null;
            try {
                conn = new Connection();
                conn.sendData();
            }
            finally {
                if (conn != null) {
                    conn.close();
                }
            }
        }
    }

    运行之后我们发现:

    basic.exception.MyException: close
    	at basic.exception.Connection.close(Connection.java:10)
    	at basic.exception.TryWithResource.test(TryWithResource.java:82)
    	at basic.exception.TryWithResource.main(TryWithResource.java:7)
    	......

    好的,问题来了,由于我们一次只能抛出一个异常,所以在最上层看到的是最后一个抛出的异常——也就是close方法抛出的MyException,而sendData抛出的Exception被忽略了。这就是所谓的异常屏蔽。由于异常信息的丢失,异常屏蔽可能会导致某些bug变得极其难以发现,程序员们不得不加班加点地找bug,如此毒瘤,怎能不除!幸好,为了解决这个问题,从Java 1.7开始,大佬们为Throwable类新增了addSuppressed方法,支持将一个异常附加到另一个异常身上,从而避免异常屏蔽。那么被屏蔽的异常信息会通过怎样的格式输出呢?我们再运行一遍刚才用try-with-resource包裹的main方法:

    java.lang.Exception: send data
    
    	at basic.exception.Connection.sendData(Connection.java:5)
    	at basic.exception.TryWithResource.main(TryWithResource.java:14)
    	......
    	Suppressed: basic.exception.MyException: close
    		at basic.exception.Connection.close(Connection.java:10)
    		at basic.exception.TryWithResource.main(TryWithResource.java:15)
    		... 5 more

    可以看到,异常信息中多了一个Suppressed的提示,告诉我们这个异常其实由两个异常组成,MyException是被Suppressed的异常。可喜可贺!

    一个小问题

    在使用try-with-resource的过程中,一定需要了解资源的close方法内部的实现逻辑。否则还是可能会导致资源泄露。

    举个例子,在Java BIO中采用了大量的装饰器模式。当调用装饰器的close方法时,本质上是调用了装饰器内部包裹的流的close方法。比如:

    public class TryWithResource {
        public static void main(String[] args) {
            try (FileInputStream fin = new FileInputStream(new File("input.txt"));
                    GZIPOutputStream out = new GZIPOutputStream(new FileOutputStream(new File("out.txt")))) {
                byte[] buffer = new byte[4096];
                int read;
                while ((read = fin.read(buffer)) != -1) {
                    out.write(buffer, 0, read);
                }
            }
            catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    在上述代码中,我们从FileInputStream中读取字节,并且写入到GZIPOutputStream中。GZIPOutputStream实际上是FileOutputStream的装饰器。由于try-with-resource的特性,实际编译之后的代码会在后面带上finally代码块,并且在里面调用fin.close()方法和out.close()方法。我们再来看GZIPOutputStream类的close方法:

    public void close() throws IOException {
        if (!closed) {
            finish();
            if (usesDefaultDeflater)
                def.end();
            out.close();
            closed = true;
        }
    }

    我们可以看到,out变量实际上代表的是被装饰的FileOutputStream类。在调用out变量的close方法之前,GZIPOutputStream还做了finish操作,该操作还会继续往FileOutputStream中写压缩信息,此时如果出现异常,则会out.close()方法被略过,然而这个才是最底层的资源关闭方法。正确的做法是应该在try-with-resource中单独声明最底层的资源,保证对应的close方法一定能够被调用。在刚才的例子中,我们需要单独声明每个FileInputStream以及FileOutputStream

    public class TryWithResource {
        public static void main(String[] args) {
            try (FileInputStream fin = new FileInputStream(new File("input.txt"));
                    FileOutputStream fout = new FileOutputStream(new File("out.txt"));
                    GZIPOutputStream out = new GZIPOutputStream(fout)) {
                byte[] buffer = new byte[4096];
                int read;
                while ((read = fin.read(buffer)) != -1) {
                    out.write(buffer, 0, read);
                }
            }
            catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    由于编译器会自动生成fout.close()的代码,这样肯定能够保证真正的流被关闭。

    总结

    怎么样,是不是很简单呢,如果学会了话

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