設(shè)計模式 單例模式討論篇

單例模式討論篇：單例模式與垃圾回收

Jvm的垃圾回收機制到底會不會回收掉長時間不用的單例模式對象，這的確是一個比較有爭議性的問題。將這一部分內(nèi)容單獨成篇的目的也是為了與廣大博友廣泛的討論一下這個問題。為了能讓更多的人看到這篇文章，請各位博友看完文章之后，點一下"頂"，讓本篇文章排名盡量的靠前。筆者在此謝過。

討論命題：當一個單例的對象長久不用時，會不會被jvm的垃圾收集機制回收。

首先說一下為什么會產(chǎn)生這一疑問，筆者本人再此之前從來沒有考慮過垃圾回收對單例模式的影響，直到去年讀了一本書，《設(shè)計模式之禪》秦小波著。在書中提到在j2ee應(yīng)用中，jvm垃圾回收機制會把長久不用的單例類對象當作垃圾，并在cpu空閑的時候?qū)ζ溥M行回收。之前讀過的幾本設(shè)計模式的書，包括《java與模式》，書中都沒有提到j(luò)vm垃圾回收機制對單例的影響。并且在工作過程中，也沒有過單例對象被回收的經(jīng)歷，加上工作中很多前輩曾經(jīng)告誡過筆者：盡量不要聲明太多的靜態(tài)屬性，因為這些靜態(tài)屬性被加載后不會被釋放。因此對jvm垃圾收集會回收單例對象這一說法持懷疑態(tài)度。漸漸地，發(fā)現(xiàn)在同事中和網(wǎng)上的技術(shù)人員中，對這一問題也基本上是鮮明的對立兩派。那么到底jvm會不會回收長久不用的單例對象呢。

對這一問題，筆者本人的觀點是：不會回收。

下面給出本人的測試代碼

    class Singleton {
        private byte[] a = new byte[6*1024*1024];
        private static Singleton singleton = new Singleton();
        private Singleton(){}

        public static Singleton getInstance(){
            return singleton;
        }
    }

    class Obj {
        private byte[] a = new byte[3*1024*1024];
    }

    public class Client{
        public static void main(String[] args) throws Exception{
            Singleton.getInstance();
            while(true){
                new Obj();
            }
        }
    }

本段程序的目的是模擬j2ee容器，首先實例化單例類，這個單例類占6M內(nèi)存，然后程序進入死循環(huán)，不斷的創(chuàng)建對象，逼迫jvm進行垃圾回收，然后觀察垃圾收集信息，如果進行垃圾收集后，內(nèi)存仍然大于6M，則說明垃圾回收不會回收單例對象。

運行本程序使用的虛擬機是hotspot虛擬機，也就是我們使用的最多的java官方提供的虛擬機，俗稱jdk，版本是jdk1.6.0_12

運行時vm arguments參數(shù)為：-verbose:gc -Xms20M -Xmx20M，意思是每次jvm進行垃圾回收時顯示內(nèi)存信息，jvm的內(nèi)存設(shè)為固定20M。

運行結(jié)果：

……

[Full GC 18566K->6278K(20352K), 0.0101066 secs]
[GC 18567K->18566K(20352K), 0.0001978 secs]
[Full GC 18566K->6278K(20352K), 0.0088229 secs]

……

從運行結(jié)果中可以看到總有6M空間沒有被收集。因此，筆者認為，至少在hotspot虛擬機中，垃圾回收是不會回收單例對象的。

后來查閱了一些相關(guān)的資料，hotspot虛擬機的垃圾收集算法使用根搜索算法。這個算法的基本思路是：對任何"活"的對象，一定能最終追溯到其存活在堆?；蜢o態(tài)存儲區(qū)之中的引用。通過一系列名為根（GC Roots）的引用作為起點，從這些根開始搜索，經(jīng)過一系列的路徑，如果可以到達java堆中的對象，那么這個對象就是"活"的，是不可回收的?？梢宰鳛楦膶ο笥校?/p>

• 虛擬機棧（棧楨中的本地變量表）中的引用的對象。
• 方法區(qū)中的類靜態(tài)屬性引用的對象。
• 方法區(qū)中的常量引用的對象。
• 本地方法棧中JNI的引用的對象。

方法區(qū)是jvm的一塊內(nèi)存區(qū)域，用來存放類相關(guān)的信息。很明顯，java中單例模式創(chuàng)建的對象被自己類中的靜態(tài)屬性所引用，符合第二條，因此，單例對象不會被jvm垃圾收集。

雖然jvm堆中的單例對象不會被垃圾收集，但是單例類本身如果長時間不用會不會被收集呢？因為jvm對方法區(qū)也是有垃圾收集機制的。如果單例類被收集，那么堆中的對象就會失去到根的路徑，必然會被垃圾收集掉。對此，筆者查閱了hotspot虛擬機對方法區(qū)的垃圾收集方法，jvm卸載類的判定條件如下：

• 該類所有的實例都已經(jīng)被回收，也就是java堆中不存在該類的任何實例。
• 加載該類的ClassLoader已經(jīng)被回收。
• 該類對應(yīng)的java.lang.Class對象沒有任何地方被引用，無法在任何地方通過反射訪問該類的方法。

只有三個條件都滿足，jvm才會在垃圾收集的時候卸載類。顯然，單例的類不滿足條件一，因此單例類也不會被卸載。也就是說，只要單例類中的靜態(tài)引用指向jvm堆中的單例對象，那么單例類和單例對象都不會被垃圾收集，依據(jù)根搜索算法，對象是否會被垃圾收集與未被使用時間長短無關(guān)，僅僅在于這個對象是不是"活"的。假如一個對象長久未使用而被回收，那么收集算法應(yīng)該是最近最長未使用算法，最近最長未使用算法一般用在操作系統(tǒng)的內(nèi)外存交換中，如果用在虛擬機垃圾回收中，豈不是太不安全了？以上是筆者的觀點。

因此筆者的觀點是：在hotspot虛擬機1.6版本中，除非人為地斷開單例中靜態(tài)引用到單例對象的聯(lián)接，否則jvm垃圾收集器是不會回收單例對象的。

參考文獻

Java虛擬機規(guī)范

Java hotspot虛擬機內(nèi)存管理

Java編程思想

Java與模式

設(shè)計模式

設(shè)計模式之禪

深入理解java虛擬機