[Effective Java] Item 8. finalizer와 cleaner 사용을 피하라

1. finalizer

Java는 객체 소멸자인 finalizer를 제공하지만 예측 불가능하고 상황에 따라 위험하기 때문에 일반적으로 불필요하다. Java 9부터는 @Deprecated되었지만 여전히 여러 라이브러리에서 사용 중이다.

C++의 파괴자(destructor)는 특정 객체와 관련된 자원을 회수하는 용도로서 try-with-resources와 비슷할뿐, finalizer와 전혀 다른 개념이다.

1.1. 결함

finalizer는 즉시 수행되지 않고 수행 여부조차 보장하지 않으며, GC 알고리즘에 따라 천차만별이다.

제때 실행되어야 하는 자원 해제 작업 및 DB의 공유 자원에 대한 Lock 해제 등 라이프사이클에 상관없이 상태를 영구적으로 수정하는 작업을 finalizer에게 맡기면 안 된다.

• System.gc나System.runFinalization등의 메서드는 실행 가능성을 높여줄뿐 여전히 수행 시점 및 여부를 보장하지 않는다.

finalizer 동작 중 발생한 예외는 무시되며 처리할 작업이 남아있더라도 그 순간 종료된다.

잡지 못한 예외 때문에 해당 객체는 마무리가 덜 된 상태로 남을 수 있으며, 다른 스레드가 해당 훼손된 객체를 사용하면 어떻게 동작할지 예측할 수 없다.

또한 finalizer 동작 중 발생한 예외는 스택 트레이스 등 경고조차 출력하지 않는다.

finalizer는 심각한 성능 하락과 더불어서 finalizer 공격에 노출되어 보안 문제를 야기할 수 있다.

• 생성자나 직렬화 과정에서 예외가 발생하면, 생성되다 만 객체에서 악의적인 하위 클래스의 finalizer가 수행될 수 있다.

  • finalizer가 정적 필드에 자신의 참조를 할당하면 GC가 수집하지 못한다.

• 일그러진 객체를 통해 메서드를 호출함으로써 허용되지 않은 작업을 수행할 수 있다.

  • 생성자 예외 등을 통해 인스턴스화를 막더라도 finalizer가 있다면 뚫릴 수 있다는 의미이다.

• final 클래스들은 하위 클래스를 만들 수 없으니 해당 공격에서 자유롭다.

  • final이 아닌 클래스들은 아무 일도 하지 않는 finalize 메서드를 만들고 final로 명시하면 방어할 수 있다.

2. cleaner

Java 9에서부터 finalizer의 대안으로 제시되었으나 비슷한 단점들로 인해 사용 지양이 권고된다. 다만 finalizer에 비해 cleaner는 자신의 스레드를 통제할 수 있기 때문에 예외 상황 발생시 조금 덜 위험하다.

3. 대안

파일이나 스레드 등 종료해야 할 자원을 담고있는 객체의 경우?

• 클래스에서 AutoCloseable을 구현해주고 인스턴스를 다 쓰고나면close()메서드를 호출해준다.
  • 해당 객체가 닫혔음을 필드에 기록해둔다.
  • 객체가 닫힌 뒤 호출되면 IllegalStateException 등을 던져준다.
• 예외 상황을 대비해 try-with-resources 구문을 사용한다.

참고 : AutoCloseable을 구현한 객체는 try-with-resources로 관리될 때close()메서드가 자동으로 호출된다.

4. 사용 이유

아래의 두 가지의 경우에 해당되더라도, 불확실성과 성능 저하에 주의하며 finalizer 및 cleaner를 사용해야 한다.

4.1. 안전망 역할

자원의 소유자가 차마close()등으로 자원 회수를 하지 않는 경우를 대비한 안전망 역할을 한다.

• FileInputStream, FileOutputStream 등이 안전망 역할의 finalizer를 사용한다.

4.2. Native Peer와 연결된 객체

Native Peer란 일반 Java 객체가 네이티브 메서드를 통해 기능을 위임한 네이티브 객체를 의미한다. GC는 네이티브 객체를 회수하지 못하기 때문에 finalizer 및 cleaner를 사용한다.

• 단 성능 저하를 감당할 수 있고 네이티브 피어가 심각한 자원을 가지고 있지 않는 경우에만 해당한다.
• 네이티브 피어가 사용하는 자원을 즉시 회수해야 한다면close()를 사용한다.

5. cleaner 사용 예제

Room.java

public class Room implements AutoCloseable {
    private static final Cleaner cleaner = Cleaner.create();

    // 청소가 필요한 자원. 절대 Room을 참조해서는 안 된다!
    private static class State implements Runnable {
        int numJunkPiles; // Number of junk piles in this room

        State(int numJunkPiles) {
            this.numJunkPiles = numJunkPiles;
        }

        // close 메서드나 cleaner가 호출한다.
        @Override public void run() {
            System.out.println("Cleaning room");
            numJunkPiles = 0;
        }
    }

    // 방의 상태. cleanable과 공유한다.
    private final State state;

    // cleanable 객체. 수거 대상이 되면 방을 청소한다.
    private final Cleaner.Cleanable cleanable;

    public Room(int numJunkPiles) {
        state = new State(numJunkPiles);
        cleanable = cleaner.register(this, state);
    }

    @Override public void close() {
        cleanable.clean();
    }
}

• State는 cleaner가 청소할 때 수거하는 자원을 정의하고 있다.
• GC가 수거하지 않거나close()를 호출하지 않는다면 cleaner가 (언젠가) State의run()을 호출하게 된다.

State 인스턴스가 Room 인스턴스를 참조하는 경우 순환 참조가 발생하여 GC가 Room을 회수해갈 기회가 사라진다. State가 정적이 아닌 중첩(내부) 클래스라면 자동으로 바깥 객체의 참조를 가지기 때문에 정적으로 선언되었다.

요약

cleaner(자바 8까지는 finalizer)는 안정말 역할이나 중요하지 않은 네이티브 자원 회수용으로만 사용하자.

물론 이런경우라도 불확실성과 성능저하에 주의해야 한다.