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，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？以上是本人的观点。