Java开发时常会遇到一些看似奇怪的问题，比如对象莫名其妙地被提前回收，导致程序出现异常。Java 9引入的Reachability Fence机制，就是专门用来解决这类问题的。下面，咱们通过一个有趣的生活场景，来深入理解这个机制。

一、生活场景类比：自助餐厅的尴尬“回收”

想象一下，你走进一家“自动清理型”自助餐厅。你打好饭，餐盘里满满当当的，正准备大快朵颐。可这时你发现没拿调料，于是把餐盘放在桌上，起身去取调料。餐厅里负责清理的是AI清洁机器人，它只要看到桌子上没人，餐盘也没动静，就会立马把餐盘收走拿去清洗。等你拿着调料回来，却发现餐盘不见了，饭也没了，这多尴尬呀！

在Java的世界里，也会发生类似的“尴尬事”。当我们创建了一个对象，就好比是打好了饭。有时候，对象明明还在被使用，但因为某些原因，没有强引用指向它了，就像你暂时离开餐桌，机器人以为你吃完走了一样。这时，垃圾回收器（GC）可能就会把这个对象提前回收掉，导致程序出现意想不到的错误，比如抛出NullPointerException。

二、实际问题：异步内存处理中的对象回收问题

在实际开发中，我们在进行异步内存处理时，就可能遇到对象提前被回收的情况。比如下面这段代码：

import java.lang.ref.Reference; import java.util.concurrent.CompletableFuture; public class ReachabilityFenceExample { static class Resource { private final byte[] buffer = new byte[1024 * 1024]; // 1 MB 缓冲区 public byte[] getBuffer() { return buffer; } @Override protected void finalize() throws Throwable { System.out.println("Resource 被回收"); super.finalize(); } } public static void main(String[] args) throws InterruptedException { // 创建 Resource 对象 Resource resource = new Resource(); // 异步操作：访问 Resource 的缓冲区 CompletableFuture.runAsync(() -> { // 在异步操作中访问 Resource 的缓冲区 byte[] buffer = resource.getBuffer(); System.out.println("缓冲区大小: " + buffer.length); // 模拟耗时操作 try { Thread.sleep(1000); // 模拟 1 秒的耗时操作 } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } // 再次访问 Resource 的缓冲区 System.out.println("再次访问缓冲区大小: " + resource.getBuffer().length); // 使用 Reachability Fence 确保 Resource 对象在异步操作中不被回收 Reference.reachabilityFence(resource); }); // 解除 Resource 的强引用 resource = null; // 触发垃圾回收 System.gc(); // 等待异步操作完成 Thread.sleep(2000); } } 

在这段代码里，我们创建了一个Resource对象，它内部有一个1MB的缓冲区。然后开启一个异步任务，在任务中访问这个缓冲区。在异步任务执行过程中，我们把resource对象设置为null，解除了对它的强引用，还手动触发了垃圾回收。

（一）不使用Reachability Fence的情况

如果我们注释掉Reference.reachabilityFence(resource);这行代码，运行程序后可能会出现两种结果：
一种情况是，可能会输出：

缓冲区大小: 1048576 Resource 被回收 再次访问缓冲区大小: 1048576 

另一种情况，如果垃圾回收发生在第二次访问之前，程序就会抛出异常：

缓冲区大小: 1048576 Resource 被回收 Exception in thread "ForkJoinPool.commonPool-worker-1" java.lang.NullPointerException 

这就是因为在异步任务还没执行完的时候，Resource对象就被垃圾回收器回收了，导致第二次访问时出现问题。

（二）使用Reachability Fence的情况

当我们启用Reference.reachabilityFence(resource);这行代码后，运行程序输出的结果是：

缓冲区大小: 1048576 再次访问缓冲区大小: 1048576 Resource 被回收 

从这个结果可以看出，由于使用了Reachability Fence，垃圾回收器在异步操作执行期间不会回收resource对象，只有在异步操作完成后，resource对象才可能被回收，finalize方法才会被调用。

三、调整代码后的情况分析

我们对代码进行一些调整，如下：

import java.lang.ref.Reference; import java.util.concurrent.CompletableFuture; public class ReachabilityFenceExample { static class Resource { private final byte[] buffer = new byte[1024 * 1024]; // 1 MB 缓冲区 public byte[] getBuffer() { return buffer; } @Override protected void finalize() throws Throwable { System.out.println("Resource 被回收"); super.finalize(); } } public static void main(String[] args) throws InterruptedException { // 创建 Resource 对象 Resource resource = new Resource(); // 异步操作：访问 Resource 的缓冲区 CompletableFuture.runAsync(() -> { // 在异步操作中访问 Resource 的缓冲区 byte[] buffer = resource.getBuffer(); System.out.println("缓冲区大小: " + buffer.length); // 使用 Reachability Fence 确保 Resource 对象在异步操作中不被回收 Reference.reachabilityFence(resource); }); // 解除 Resource 的强引用 resource = null; // 触发垃圾回收 System.gc(); // 等待异步操作完成 Thread.sleep(1000); } } 

运行调整后的代码，如果注释掉Reference.reachabilityFence(resource);，可能会输出：

Resource 被回收 缓冲区大小: 1048576 

启用Reference.reachabilityFence(resource);后，输出：

缓冲区大小: 1048576 Resource 被回收 

这时候可能有人会疑惑，为什么无论是否使用Reachability Fence，缓冲区的大小都能正确输出呢？这是因为在这个场景下，虽然对象可能在第二次访问前被回收，但第一次访问缓冲区获取大小的操作在回收之前就完成了。不过，这并不代表Reachability Fence没有作用，如果后续还有对resource对象的其他操作，没有Reachability Fence就可能会出现问题。

四、为什么需要Reachability Fence

在Java编程中，有些情况下对象本身可能没有强引用，但它的部分属性或方法仍在被使用。如果垃圾回收器在这个时候回收了该对象，就可能导致程序出现不可预知的行为，比如空指针异常或者数据损坏。常见的场景有：

（一）非强引用对象的部分属性被使用

当一个对象只有弱引用或软引用，但它的某些字段或方法还在被访问时，垃圾回收器可能会误判，把这个对象回收掉。

（二）异步操作中的对象生命周期问题

在异步操作中，对象可能在没有强引用的情况下被使用。就像前面的代码示例一样，垃圾回收器可能在异步操作还没完成时，就把对象回收了。

为了解决这些问题，Java引入了Reachability Fence机制。它就像是给对象和垃圾回收器之间设置了一道“警戒线”，开发者可以通过它告诉JVM：在某个代码块执行期间，这个对象仍然是可达的，不要回收它。

这种机制通常在一些底层优化、Native内存管理、finalize/cleaner等场景中发挥作用。比如在调用JNI后释放native资源之前；对象还在工作，但局部变量或引用已经不在栈上了；Cleaner线程比预期更快地处理了清理任务等情况。

五、Reachability Fence的实现

Java 9在java.lang.ref.Reference类中引入了reachabilityFence方法，它的方法签名是：

public static void reachabilityFence(Object obj) 

这个方法的作用是确保传入的对象在方法调用点仍然是强可达的。它并不会延长对象的生命周期，但能保证在某个特定时刻之前，对象不会被回收。

通过这个生活场景和实际代码示例，相信大家对Reachability Fence机制有了更清晰的理解。在今后的Java开发中，遇到类似对象提前回收的问题时，就可以考虑使用Reachability Fence来解决啦。