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            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,《設計模式之禪》秦小波著。在書中提到在j2ee應用中,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。并且在工作過程中,也沒有過單例對象被回收的經歷,加上工作中很多前輩曾經告誡過筆者:盡量不要聲明太多的靜態屬性,因為這些靜態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度。漸漸地,發現在同事中和網上的技術人員中,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,然后觀察垃圾收集信息,如果進行垃圾收集后,內存仍然大于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態存儲區之中的引用。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。
            • 方法區中的類靜態屬性引用的對象。
            • 方法區中的常量引用的對象。
            • 本地方法棧中JNI的引用的對象。

            方法區是jvm的一塊內存區域,用來存放類相關的信息。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已經被回收。
            • 該類對應的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,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引用到單例對象的聯接,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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