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單例樣式討論篇:單例樣式與垃圾回收

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來源:卡奴達摩的專欄,

blog.csdn.net/zhengzhb/article/details/7331354

討論命題:當一個單例的物件長久不用時,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樣式的影響,直到去年讀了一本書,《設計樣式之禪》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物件當作垃圾,併在cpu空閑的時候對其進行回收。之前讀過的幾本設計樣式的書,包括《java與樣式》,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,也沒有過單例物件被回收的經歷,加上工作中很多前輩曾經告誡過筆者:儘量不要宣告太多的靜態屬性,因為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物件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物件呢。

對這一問題,筆者本人的觀點是:不會回收。

下麵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();  

        }  

    }  

}

本段程式的目的是模擬j2ee容器,首先實體化單例類,這個單例類占6M記憶體,然後程式進入死迴圈,不斷的創建物件,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,記憶體仍然大於6M,則說明垃圾回收不會回收單例物件。

運行本程式使用的虛擬機是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引數為:-verbose:gc -Xms20M -Xmx20M,意思是每次jvm進行垃圾回收時顯示記憶體信息,jvm的記憶體設為固定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物件的。

後來查閱了一些相關的資料,hotspot虛擬機的垃圾收集演算法使用根搜索演算法。這個演算法的基本思路是:對任何“活”的物件,一定能最終追溯到其存活在堆棧或靜態儲存區之中的取用。通過一系列名為根(GC Roots)的取用作為起點,從這些根開始搜索,經過一系列的路徑,如果可以到達java堆中的物件,那麼這個物件就是“活”的,是不可回收的。可以作為根的物件有:

  • 虛擬機棧(棧楨中的本地變數表)中的取用的物件。

  • 方法區中的類靜態屬性取用的物件。

  • 方法區中的常量取用的物件。

  • 本地方法棧中JNI的取用的物件。

方法區是jvm的一塊記憶體區域,用來存放類相關的信息。很明顯,java中單例樣式創建的物件被自己類中的靜態屬性所取用,符合第二條,因此,單例物件不會被jvm垃圾收集。

雖然jvm堆中的單例物件不會被垃圾收集,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,那麼堆中的物件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:

  • 該類所有的實體都已經被回收,也就是java堆中不存在該類的任何實體。

  • 加載該類的ClassLoader已經被回收。

  • 該類對應的java.lang.Class物件沒有任何地方被取用,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取用指向jvm堆中的單例物件,那麼單例類和單例物件都不會被垃圾收集,依據根搜索演算法,物件是否會被垃圾收集與未被使用時間長短無關,僅僅在於這個物件是不是“活”的。假如一個物件長久未使用而被回收,那麼收集演算法應該是最近最長未使用演算法,最近最長未使用演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取用到單例物件的聯接,否則jvm垃圾收集器是不會回收單例物件的。

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