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单例模式讨论篇：单例模式与垃圾回收

栏目：综合技术时间：2017-02-04 09:30:54

  Jvm的垃圾回收机制到底会不会回收掉长时间不用的单例模式对象，这的确是1个比较有争议性的问题。将这1部份内容单独成篇的目的也是为了与广大博友广泛的讨论1下这个问题。为了能让更多的人看到这篇文章，请各位博友看完文章以后，点1下“顶”，让本篇文章排名尽可能的靠前。笔者在此谢过。

讨论命题：当1个单例的对象久长不用时，会不会被jvm的垃圾搜集机制回收。

        首先说1下为何会产生这1疑问，笔者本人再此之前历来没有斟酌过垃圾回收对单例模式的影响，直到去年读了1本书，《设计模式之禅》秦小波著。在书中提到在j2ee利用中，jvm垃圾回收机制会把久长不用的单例类对象当作垃圾，并在cpu空闲的时候对其进行回收。之前读过的几本设计模式的书，包括《Java与模式》，书中都没有提到jvm垃圾回收机制对单例的影响。并且在工作进程中，也没有过单例对象被回收的经历，加上工作中很多先辈曾告诫过笔者：尽可能不要声明太多的静态属性，由于这些静态属性被加载后不会被释放。因此对jvm垃圾搜集会回收单例对象这1说法持怀疑态度。渐渐地，发现在同事中和网上的技术人员中，对这1问题也基本上是鲜明的对峙两派。那末到底jvm会不会回收久长不用的单例对象呢。

        对这1问题，笔者本人的观点是：不会回收。

下面给出本人的测试代码

[java] view plain copy
  1. class Singleton {  
  2.     private byte[] a = new byte[6*1024*1024];  
  3.     private static Singleton singleton = new Singleton();  
  4.     private Singleton(){}  
  5.       
  6.     public static Singleton getInstance(){  
  7.         return singleton;  
  8.     }  
  9. }  
  10.   
  11. class Obj {  
  12.     private byte[] a = new byte[3*1024*1024];  
  13. }  
  14.   
  15. public class Client{  
  16.     public static void main(String[] args) throws Exception{  
  17.         Singleton.getInstance();  
  18.         while(true){  
  19.             new Obj();  
  20.         }  
  21.     }  
  22. }  

        本段程序的目的是摹拟j2ee容器，首先实例化单例类，这个单例类占6M内存，然后程序进入死循环，不断的创建对象，逼迫jvm进行垃圾回收，然后视察垃圾搜集信息，如果进行垃圾搜集后，内存依然大于6M，则说明垃圾回收不会回收单例对象。

        运行本程序使用的虚拟机是hotspot虚拟机，也就是我们使用的最多的java官方提供的虚拟机，俗称jdk，版本是jdk1.6.0_12

        运行时vm arguments参数为：-verbose:gc -Xms20M -Xmx20M，意思是每次jvm进行垃圾回收时显示内存信息，jvm的内存设为固定20M。

运行结果：

……

[Full GC 18566K->6278K(20352K), 0.0101066 secs]

[GC 18567K->18566K(20352K), 0.0001978 secs]

[Full GC 18566K->6278K(20352K), 0.0088229 secs]

……

        从运行结果中可以看到总有6M空间没有被搜集。因此，笔者认为，最少在hotspot虚拟机中，垃圾回收是不会回收单例对象的。

        后来查阅了1些相干的资料，hotspot虚拟机的垃圾搜集算法使用根搜索算法。这个算法的基本思路是：对任何“活”的对象，1定能终究追溯到其存活在堆栈或静态存储区当中的援用。通过1系列名为根（GC Roots）的援用作为出发点，从这些根开始搜索，经过1系列的路径，如果可以到达java堆中的对象，那末这个对象就是“活”的，是不可回收的。可以作为根的对象有：

  • 虚拟机栈（栈桢中的本地变量表）中的援用的对象。
  • 方法区中的类静态属性援用的对象。
  • 方法区中的常量援用的对象。
  • 本地方法栈中JNI的援用的对象。

        方法区是jvm的1块内存区域，用来寄存类相干的信息。很明显，java中单例模式创建的对象被自己类中的静态属性所援用，符合第2条，因此，单例对象不会被jvm垃圾搜集。

        虽然jvm堆中的单例对象不会被垃圾搜集，但是单例类本身如果长时间不用会不会被搜集呢？由于jvm对方法区也是有垃圾搜集机制的。如果单例类被搜集，那末堆中的对象就会失去到根的路径，必定会被垃圾搜集掉。对此，笔者查阅了hotspot虚拟机对方法区的垃圾搜集方法，jvm卸载类的判定条件以下：

  • 该类所有的实例都已被回收，也就是java堆中不存在该类的任何实例。
  • 加载该类的ClassLoader已被回收。
  • 该类对应的java.lang.Class对象没有任何地方被援用，没法在任何地方通过反射访问该类的方法。

        只有3个条件都满足，jvm才会在垃圾搜集的时候卸载类。明显，单例的类不满足条件1，因此单例类也不会被卸载。也就是说，只要单例类中的静态援用指向jvm堆中的单例对象，那末单例类和单例对象都不会被垃圾搜集，根据根搜索算法，对象是不是会被垃圾搜集与未被使用时间长短无关，仅仅在于这个对象是否是“活”的。假设1个对象久长未使用而被回收，那末搜集算法应当是最近最长未使用算法，最近最长未使用算法1般用在操作系统的内外存交换中，如果用在虚拟机垃圾回收中，岂不是太不安全了？以上是笔者的观点。

        因此笔者的观点是：在hotspot虚拟机1.6版本中，除非人为地断开单例中静态援用到单例对象的联接，否则jvm垃圾搜集器是不会回收单例对象的。

        期待各位博友的发言。

 

参考文献

Java虚拟机规范

Java hotspot虚拟机内存管理

Java编程思想

Java与模式

设计模式

设计模式之禅

深入理解java虚拟机

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