IO流為什么必須手動關(guān)閉，不能像其他的對象坐等GC回收?
一、問題回溯
在項目的開發(fā)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(shù)據(jù)的工作，當讀完文件內(nèi)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。
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(qū)
char[] buffer = new char[1024];
// 分次讀取數(shù)據(jù)，每次最多讀取1024個字符，將數(shù)據(jù)讀取到緩沖區(qū)之中，同時返回讀取的字節(jié)個數(shù)
int len;
while ((len = reader.read(buffer)) > -1) {
// 字符轉(zhuǎn)為字符串
String msg = new String(buffer, 0, len);
System.out.println(msg);
}
// 刪除文件
file.delete();經(jīng)過排查，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)該問題的原因是：讀取文件的 IO 流沒有正常的關(guān)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(shù)據(jù)或者寫完數(shù)據(jù)，手動調(diào)用一下關(guān)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(guān)閉
reader.close();
// 刪除文件
file.delete();可能有的同學會發(fā)出疑問，為什么 IO 流必須手動關(guān)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(guān)閉 IO 流操作。
二、為什么 IO 流需要手動關(guān)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(nèi)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(fā)者自動回收內(nèi)存中的對象，不需要手動釋放內(nèi)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(guān)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(tǒng)無法存儲其他的資源，甚至會出現(xiàn)系統(tǒng)崩潰。
一般來說，只要存在 IO 流讀寫操作，無論使用到的是網(wǎng)絡(luò) IO 或者文件 IO，都是需要和計算機內(nèi)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(nèi)存資源，而不能釋放與內(nèi)存無關(guān)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(guān)閉資源。
可能有的同學又發(fā)出疑問，我平時本地測試的時候沒有發(fā)現(xiàn)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(diào)用這個方法。
打開源碼，你會發(fā)現(xiàn)底層調(diào)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(fā)者進行最后一次的兜底。
/**
* Ensures that the <code>close</code> 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(xiàn)提示，并不是總是。這個方法什么時候被調(diào)用，這取決于虛擬機的垃圾回收頻次。
但是在實際的開發(fā)過程中，開發(fā)者不能完全依賴虛擬機幫你回收這些系統(tǒng)資源，只要涉及到流的操作，強烈建議大家一定要手動關(guān)閉釋放資源，避免出現(xiàn)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(guān)閉流姿勢介紹
我們深知在操作 Java 流對象后要將流進行關(guān)閉，但是現(xiàn)實的情況卻往往不盡人意，原因是每個開發(fā)者的寫法可能不盡相同，不同的寫法導致出現(xiàn)各種千奇百怪的問題，下面我們一起來看看幾種關(guān)閉流的代碼案例！
寫法 1：在 try 中關(guān)流，而沒在 finally 中關(guān)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(guān)閉，因此不推薦采用！
正確的操作方式，應(yīng)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(guān)閉，確保一定能被執(zhí)行
try {
if (out != null) {
out.close();
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}寫法 2：在關(guān)閉多個流時，將其放在一個 try 中
在關(guān)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(xiàn)異常，則out2流沒有被關(guān)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(guān)閉的，因此不推薦采用！
正確的操作方式，應(yīng)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(huán)中創(chuàng)建流，在循環(huán)外關(guān)閉
有的同學在循環(huán)操作多個文件時，在循環(huán)外關(guān)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(chuàng)建了 10 個 IO 流，try 里面的邏輯執(zhí)行完成之后，只是把最后的一個 IO 流對象賦予給了out參數(shù)。也就是當程序執(zhí)行完畢之后，只關(guān)閉了最后一個 IO 流，其它 9 個 IO 流沒用被手動關(guān)閉，因此不推薦采用！
正確的操作方式，應(yīng)該是在循環(huán)體內(nèi)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(guān)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(guān)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(guān)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(guān)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(guān)閉FileOutputStream流，再次關(guān)閉BufferedOutputStream，會提示源頭已經(jīng)被關(guān)閉，緩存區(qū)數(shù)據(jù)無法輸出。
正確的操作方式，應(yīng)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(fā)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(guān)閉最后面的包裝流即可
包裝流是指通過裝飾設(shè)計模式實現(xiàn)的 IO 流類，其目的是對底層流的功能進行擴展，在實際數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候，還是使用底層流進行傳輸。比如緩存字節(jié)輸出流BufferedOutputStream就是一個包裝流，目的是對字節(jié)輸出流提供一個緩存區(qū)功能，讓數(shù)據(jù)輸出效率更高。
在使用到包裝流的時候，我們只需要關(guān)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(guān)閉包裝流，也會自動關(guān)閉 InputStream 流
try {
br.close();
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
}這是因為，包裝流關(guān)閉時會調(diào)用原生流的關(guān)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(nèi)存流是否需要關(guān)閉？
在上文中，我們提到只要是 IO 流都建議大家手機關(guān)閉資源，但是在 Java 中有一種流，它是不需要手動關(guān)閉的，比如內(nèi)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(jié)數(shù)組存儲在內(nèi)存中（把它們當成字節(jié)數(shù)據(jù)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(jié)數(shù)組會被垃圾回收掉，所以不需要關(guān)閉。
當 IO 流是指向存儲卡 / 硬盤 / 網(wǎng)絡(luò)等外部資源的流，是一定要手動關(guān)閉的。
五、小結(jié)
本位主要圍繞【為什么 IO 流必須手動關(guān)閉，不能像其他的方法坐等 GC 處理】這個話題進行一次內(nèi)容的整合和總結(jié)，同時也給出了推薦的正確關(guān)閉 IO 流的寫法。
在實際的開發(fā)過程中，建議大家正確的使用 IO 流，以免出現(xiàn)各種 bug ！
內(nèi)容難免有所遺漏，歡迎網(wǎng)友留言指出。
六、參考
1、csdn - 演員12138 - IO流為什么必須手動關(guān)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(guān)閉流
