静态方法创建多实例的运行时内存占用及相关技术疑问

我读过不少关于静态类变量和静态方法加载的文章，但很少看到关于静态方法返回实例化对象及其内存占用的内容。

从静态方法返回实例是创建单例（singleton）的常见方式，但单例应该只创建一次，通过getInstance方法访问。

如果刻意打破单例模式，编写如下代码会发生什么？（注意RandomSumBuilder的add()方法是静态访问修饰符）

public class Service {

    public void doSomething() {
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            System.out.println("Random sum : " + RandomSumBuilder.add().build());
        }
    }
}

public class RandomSumBuilder {
    private List<Integer> aList = new ArrayList<>();

    public RandomSumBuilder() { }

    public static RandomSumBuilder add() {
        RandomSumBuilder randomSumBuilder = new RandomSumBuilder();
        randomSumBuilder.aList.add(new Random().nextInt(11));
        return randomSumBuilder;
    }

    public int build() {
        return aList.stream()
                .reduce(Integer::sum)
                .orElse(0);

    }
}

很明显RandomSumBuilder不是单例，但我有以下疑惑：

1. 这些不同的RandomSumBuilder实例是static的吗？（我认为是，就像单例一样）
2. 这些对象能被垃圾回收（garbage collection）吗？（基于我对问题1的回答，我认为不能）
3. 这会给类加载器（class loader）带来不必要的负担吗？（如果要加载这么多RandomSumBuilder来实例化这些静态对象，我认为是的，因为我看不出保留它们全局存在的意义。我用VisualVM做的快速本地测试无法帮我确定）
4. 使用内部类实现建造者模式（builder pattern）会带来什么不同？（我认为会大幅减少创建的静态对象数量和类加载负担，但连续四个假设让我不确定）

问题解答 #

1. 这些实例不是static的
   static是修饰类成员（变量、方法）的关键字，和对象实例本身无关。这里的RandomSumBuilder实例是在静态方法add()内通过new创建的普通对象，既没有被static变量持有，也不具备static属性——和单例的核心区别是，单例用static变量持久化持有唯一实例，而这里的实例只是由静态方法创建，用完就失去引用，完全是普通实例。

2. 这些对象可以被垃圾回收
   每次循环执行RandomSumBuilder.add().build()时，add()返回的实例仅在执行build()的瞬间被引用，build()返回int值后，这个实例就没有任何强引用指向它了。JVM的GC会自动标记这类无引用对象为可回收，后续在GC周期中清理，不会一直占用内存。

3. 不会给类加载器带来额外负担
   类加载器只负责加载RandomSumBuilder类的字节码到JVM中，这个过程仅执行一次，无论创建多少该类的实例，类本身不会重复加载。创建实例是JVM堆内存的分配操作，和类加载器完全无关。你用VisualVM看不到类加载问题，正是因为类只加载了一次，后续都是实例化的内存操作。

4. 内部类实现建造者模式不会本质减少实例数量
   普通内部类（非static）或static内部类的建造者，本质还是创建实例的逻辑，除非你在内部类中实现了单例/实例复用机制（比如枚举单例、实例池），否则和当前代码的实例创建量没有区别。是否减少实例数量取决于是否设计了复用逻辑，和是否用内部类无关。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Felix