单例对象无法被回收的真正原因要从java垃圾回收器开始说起
JAVA垃圾对象判断准则
Java中判断一个对象是否可以被回收是根据“可达性”来判定的。
可达性:
以一系列的称为 “GC Roots”的对象作为起始点,然后向下搜索,搜索所走过的路径称为引用链(Reference Chain),当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连时,则证明此对象是不可用的,即可视为垃圾。
GC Roots点包含:
- 虚拟机栈(栈帧中的本地变量表)中引用的对象。
- 方法区中类静态属性引用的对象。
- 方法区中常量引用的对象。
- 本地方法栈中JNI(即一般说的Native方法)引用的对象。
垃圾回收算法
标记-清除算法
算法分为标记和清除两个阶段:首先标记出所有需要回收的对象,在标记完成后统一回收所有被标记的对象,它的标记过程就是使用可达性算法进行标记的。
主要缺点有两个:
- 效率问题,标记和清除两个过程的效率都不高
- 空间问题,标记清除之后会产生大量不连续的内存碎片
复制算法
算法将可用内存按照容量分为大小相等的两块,每次只使用其中的一块。当这一块的内存用完了,就将还存活着的对象复制到另一块上面,然后把已使用过的内存空间一次清理掉。
优点:
内存分配时不用考虑内存碎片问题,只要一动堆顶指针,按顺序分配内存即可,实现简单,运行高效
缺点:
代价是将内存缩小为原来的一半
分代收集算法
一般把Java堆分为新生代(新生代又被分为Eden区、From Survivor区和To Survivor区)和老年代,根据各个年代的特点(对象存活周期)采用最合适的收集算法。
在新生代中,每次垃圾收集时有大批对象死去,只有少量存活,主要选用复制算法。而老年代对象存活率高,主要使用标记整理算法。
上述内容摘录自:垃圾收集器与内存分配策略
新生代和老年代垃圾回收机制
由于新生代中java对象大多都是朝生夕灭的、而老年代中java对象的生命周期一般比较长,因此其垃圾回收机制不同,新生代中的GC被称为Minor GC, 老年代的GC被称为Major GC /Full GC,Full GC(也是Major GC)会清理整个堆空间,包括年轻代和永久代。
对象分配及GC回收机制简单描述如下:
- 对象首先在Eden区中分配,而当Eden区没有足够空间进行分配 时,虚拟机将发起一次Minor GC,将存活下来的对象复制到From Survivor区,复制的所以对象年龄各自+1,清除垃圾对象
- 下一次发生Minor GC时,jvm会将Eden区存活的对象和From Survivor区中存活的对象复制到To Survivor区,复制的所以对象年龄各自+1,清除垃圾对象
- 再次发生Minor GC时,重复2操作,只是将From Survivor区和To Survivor区对调,即将Eden区和To Survivor区中存活的对象复制到From Survivor区中,并增加年龄和清除垃圾
- 再次发生Minor GC时,重复2、3操作
- 当minor GC发生时,如果survivor空间中的对象年龄(默认为 15 岁,可以通过参数 -XX:MaxTenuringThreshold 来设置阈值)超过了晋升的年龄限定,对象会被复制到年老代
另外,大对象的分配直接在老年代,其中大对象是指需要大量连续内存空间的Java对象,例如很长的字符串、数组等
如果对上述描述不理解可以看下:通过图文给你讲明白java GC的实现原理 文章
- 调用System.gc时,系统建议执行Full GC,但是不必然执行
- 老年代空间不足
- 方法区空间不足
- CMS GC时出现promotion failed和concurrent mode failure
- 统计得到的Minor GC晋升到旧生代的平均大小大于老年代的剩余空间
- 堆中分配很大的对象
单例对象无法被回收原因分析
对于一个静态变量而言,其生命周期等于该类的生命周期,即从类的加载开始到类的卸载结束。下面看下一个类如何才能被卸载。
从上述垃圾回收机制可知,当加载一个类到方法区,而此时方法区空间不足时会触发Full GC,对方法区中无用的类进行卸载,如何判断一个类是否可以被卸载的条件如下。
类卸载的条件:
- 堆中不存在该类的实例对象。
- 加载该类的classLoader已经被回收
- 该类对应的Class对象没有任何地方可以被引用,通过反射访问不到该Class对象。
由此可见,类卸载条件非常苛刻,必须同时满足上述三个条件才能被卸载,而由jvm的classLoader加载的类是永远无法被卸载的,具体原因可以看:Java虚拟机JVM学习07 类的卸载机制 一文,因此只要类不被卸载,单例对象就一直存在,也就无法被回收。
由此可见,想要回收一个单例对象,必须打破上述三个条件。而第二点必须只能通过自定义classLoader实现,这是因为:
- jvm引用自己的classLoader(即:根类加载器、扩展类加载器和系统类加载器),使得这些classLoader永远不会被回收
- 类加载器用一个集合引用其所加载的所有类,导致这些加载的类无法被回收
因此实现自己的classLoader,然后在必要时回收改classLoader才能实现单例被回收。