单例模式讨论篇:单例模式与垃圾回收

讨论命题:当一个单例的对象长久不用时,会不会被jvm的垃圾收集机制回收。

首先说一下为什么会产生这一疑问,笔者本人再此之前从来没有考虑过垃圾回收对单例模式的影响,直到去年读了一本书,《设计模式之禅》秦小波著。在书中提到在j2ee应用中,jvm垃圾回收机制会把长久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。并且在工作过程中,也没有过单例对象被回收的经历,加上工作中很多前辈曾经告诫过笔者:尽量不要声明太多的静态属性,因为这些静态属性被加载后不会被释放。因此对jvm垃圾收集会回收单例对象这一说法持怀疑态度。渐渐地,发现在同事中和网上的技术人员中,对这一问题也基本上是鲜明的对立两派。那么到底jvm会不会回收长久不用的单例对象呢。

对这一问题,笔者本人的观点是:不会回收。

下面给出本人的测试代码

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,然后观察垃圾收集信息,如果进行垃圾收集后,内存仍然大于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空间没有被收集。因此,笔者认为,至少在hotspot虚拟机中,垃圾回收是不会回收单例对象的。

后来查阅了一些相关的资料,hotspot虚拟机的垃圾收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,一定能最终追溯到其存活在堆栈或静态存储区之中的引用。通过一系列名为根(GC Roots)的引用作为起点,从这些根开始搜索,经过一系列的路径,如果可以到达java堆中的对象,那么这个对象就是“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)中的引用的对象。
  • 方法区中的类静态属性引用的对象。
  • 方法区中的常量引用的对象。
  • 本地方法栈中JNI的引用的对象。

方法区是jvm的一块内存区域,用来存放类相关的信息。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引用,符合第二条,因此,单例对象不会被jvm垃圾收集。

虽然jvm堆中的单例对象不会被垃圾收集,但是单例类本身如果长时间不用会不会被收集呢?因为jvm对方法区也是有垃圾收集机制的。如果单例类被收集,那么堆中的对象就会失去到根的路径,必然会被垃圾收集掉。对此,笔者查阅了hotspot虚拟机对方法区的垃圾收集方法,jvm卸载类的判定条件如下:

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

只有三个条件都满足,jvm才会在垃圾收集的时候卸载类。显然,单例的类不满足条件一,因此单例类也不会被卸载。也就是说,只要单例类中的静态引用指向jvm堆中的单例对象,那么单例类和单例对象都不会被垃圾收集,依据根搜索算法,对象是否会被垃圾收集与未被使用时间长短无关,仅仅在于这个对象是不是“活”的。假如一个对象长久未使用而被回收,那么收集算法应该是最近最长未使用算法,最近最长未使用算法一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引用到单例对象的联接,否则jvm垃圾收集器是不会回收单例对象的。



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