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單例模式討論篇：單例模式與垃圾回收

來源：程序員人生發布時間：2017-02-04 09:30:54 閱讀次數：3004次

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1個比較有爭議性的問題。將這1部份內容單獨成篇的目的也是為了與廣大博友廣泛的討論1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以后，點1下“頂”，讓本篇文章排名盡可能的靠前。筆者在此謝過。

討論命題：當1個單例的對象久長不用時，會不會被jvm的垃圾搜集機制回收。

首先說1下為何會產生這1疑問，筆者本人再此之前歷來沒有斟酌過垃圾回收對單例模式的影響，直到去年讀了1本書，《設計模式之禪》秦小波著。在書中提到在j2ee利用中，jvm垃圾回收機制會把久長不用的單例類對象當作垃圾，并在cpu空閑的時候對其進行回收。之前讀過的幾本設計模式的書，包括《Java與模式》，書中都沒有提到jvm垃圾回收機制對單例的影響。并且在工作進程中，也沒有過單例對象被回收的經歷，加上工作中很多先輩曾告誡過筆者：盡可能不要聲明太多的靜態屬性，由于這些靜態屬性被加載后不會被釋放。因此對jvm垃圾搜集會回收單例對象這1說法持懷疑態度。漸漸地，發現在同事中和網上的技術人員中，對這1問題也基本上是鮮明的對峙兩派。那末到底jvm會不會回收久長不用的單例對象呢。

對這1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

[java] view
 plain copy

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();  

        }  

    }  

}

本段程序的目的是摹擬j2ee容器，首先實例化單例類，這個單例類占6M內存，然后程序進入死循環，不斷的創建對象，逼迫jvm進行垃圾回收，然后視察垃圾搜集信息，如果進行垃圾搜集后，內存依然大于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參數為：-verbose:gc -Xms20M -Xmx20M，意思是每次jvm進行垃圾回收時顯示內存信息，jvm的內存設為固定20M。

運行結果：

……

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

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

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

……

從運行結果中可以看到總有6M空間沒有被搜集。因此，筆者認為，最少在hotspot虛擬機中，垃圾回收是不會回收單例對象的。

后來查閱了1些相干的資料，hotspot虛擬機的垃圾搜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，1定能終究追溯到其存活在堆棧或靜態存儲區當中的援用。通過1系列名為根（GC Roots）的援用作為出發點，從這些根開始搜索，經過1系列的路徑，如果可以到達java堆中的對象，那末這個對象就是“活”的，是不可回收的。可以作為根的對象有：

虛擬機棧（棧楨中的本地變量表）中的援用的對象。
方法區中的類靜態屬性援用的對象。
方法區中的常量援用的對象。
本地方法棧中JNI的援用的對象。

方法區是jvm的1塊內存區域，用來寄存類相干的信息。很明顯，java中單例模式創建的對象被自己類中的靜態屬性所援用，符合第2條，因此，單例對象不會被jvm垃圾搜集。

雖然jvm堆中的單例對象不會被垃圾搜集，但是單例類本身如果長時間不用會不會被搜集呢？由于jvm對方法區也是有垃圾搜集機制的。如果單例類被搜集，那末堆中的對象就會失去到根的路徑，必定會被垃圾搜集掉。對此，筆者查閱了hotspot虛擬機對方法區的垃圾搜集方法，jvm卸載類的判定條件以下：

該類所有的實例都已被回收，也就是java堆中不存在該類的任何實例。
加載該類的ClassLoader已被回收。
該類對應的java.lang.Class對象沒有任何地方被援用，沒法在任何地方通過反射訪問該類的方法。

只有3個條件都滿足，jvm才會在垃圾搜集的時候卸載類。明顯，單例的類不滿足條件1，因此單例類也不會被卸載。也就是說，只要單例類中的靜態援用指向jvm堆中的單例對象，那末單例類和單例對象都不會被垃圾搜集，根據根搜索算法，對象是不是會被垃圾搜集與未被使用時間長短無關，僅僅在于這個對象是否是“活”的。假設1個對象久長未使用而被回收，那末搜集算法應當是最近最長未使用算法，最近最長未使用算法1般用在操作系統的內外存交換中，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援用到單例對象的聯接，否則jvm垃圾搜集器是不會回收單例對象的。

期待各位博友的發言。

參考文獻

Java虛擬機規范

Java hotspot虛擬機內存管理

Java編程思想

Java與模式

設計模式

設計模式之禪

深入理解java虛擬機

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