單例模式討論篇：單例模式與垃圾回收
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。
首先說一下爲什麼會產生這一疑問，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，並在cpu空閒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。並且在工作過程中，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：儘量不要聲明太多的靜態屬性，因爲這些靜態屬性被加載後不會被釋放。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。那麼到底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
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 | 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，這個單例類佔6M內存，然後程序進入死循環，不斷的創建對象，逼迫jvm進行垃圾回收，然後觀察垃圾收集信息，如果進行垃圾收集後，內存仍然大於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參數爲：-verbose:gc -Xms20M -Xmx20M，意思是每次jvm進行垃圾回收時顯示內存信息，jvm的內存設爲固定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，筆者認爲，至少在hotspot虛擬機中，垃圾回收是不會回收單例對象的。
後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棧或靜態存儲區之中的引用。通過一系列名爲根（GC Roots）的引用作爲起點，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，那麼這個對象就是“活”的，是不可回收的。可以作爲根的對象有：
- 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？因爲jvm對方法區也是有垃圾收集機制的。如果單例類被收集，那麼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纔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，那麼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，僅僅在於這個對象是不是“活”的。假如一個對象長久未使用而被回收，那麼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，除非人爲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。