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Java中的逃逸分析

JVM winrains 来源:泡面哥 1年前 (2019-10-21) 70次浏览

1.引言

Java 程序运行时,JVM 会将 .class 字节码转换成机器能够识别的指令,指令转换过程会产生耗时,延缓程序的运行速度,为了解决这种问题出现了「JIT(即时编译)」技术。JIT 主要有两个功能:

  • 缓存「Hot Spot Code(热点代码:频繁运行的方法或代码块)」对应的机器指令,方便下次调用。
  • 代码编译优化。

而在 JIT 的代码优化过程中,最重要的就是「逃逸分析(Escape Analysis)」。

2. 逃逸分析

逃逸分析就是 分析Java对象的动态作用域。当一个对象被定义之后,可能会被外部对象引用,称之为「方法逃逸」;也有可能被其他线程所引用,称之为「线程逃逸」。

public class EscapeObject {
    public static String createStr() {
        String sb = "hello world!";
        return sb;
    }
}

例如上面这段代码将创建的字符串对象 sb 返回,这样可以被其他方法或线程引用。

public class EscapeObject {
    public static String createStr() {
        StringBuffer sb = new StringBuffer("hello world!");
        return sb.toString();
    }
}

如果这样实现的话,sb 对象就没有「逃逸」。
利用逃逸分析,编译器可以对代码做如下优化:

  1. 同步省略
  2. 标量替换
  3. 栈上分配

2.1 同步省略

在 JIT 编译过程中,如果发现一个对象不会被多线程访问,那么针对这个对象的同步措施就可以省略掉,即「锁销除」。例如 Vector 和 StringBuffer 这样的类,它们中的很多方法都是有锁的,当某个对象确定是线程安全的情况下,JIT编译器会在编译这段代码时进行锁销除来提升效率。

2.2 标量替换

「标量(Scalar)」是指无法再分解成更小粒度的数据,例如 Java 中的原始数据类型(int,long等),相对如果一个数据可以继续分解,则称之为「聚合量(Aggregate)」,例如 Java对象。在 JIT 编译过程中,经过逃逸分析确定一个对象不会被其他线程或者方法访问,那么会将对象的创建替换成为多个成员变量的创建,称之为「标量替换」。

public class EscapeObject {
    private static void getUser() {
        User user = new User("张三", 18);
        System.out.println("user name is " + user.name + ", age is " + user.age);
    }
    public static void main(String[] args) {
        getUser();
    }
}
class User {
    String name;
    int age;
    public User(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }
}

上面这段代码中,对象 user 只会在getUser()方法中被调用,那么 JIT动态编译时,不会创建对象 user,而之创建它的两个成员变量 name 和 age,类似:

private static void getUser() {
    String name = "张三";
    int age = 18;
    System.out.println("user name is " + user.name + ", age is " + user.age);
}
public static void main(String[] args) {
    getUser();
}

标量替换减少了创建对象需要的堆内存,同时也不用进行 GC。

2.3 栈上分配

「栈上分配」是指对象和数据不是创建在堆上,而是创建在栈上,随着方法的结束自动销毁。但实际上,JVM 例如常用的「HotSpot」虚拟机并没有实现栈上分配,实际是用「标量替换」代替实现的。
在 JAVA 中,对象只分配在堆中:

The heap is the runtime data area from which memory for all class instances and arrays is allocated。 堆是所有的对象实例以及数组分配内存的运行时数据区域。

2.4 如何开启逃逸分析

可以通过设置 JVM 参数来开启或关闭逃逸分析

  • -XX:+DoEscapeAnalysis :开启逃逸分析(从JDK1.7开始默认开启)
  • -XX:-DoEscapeAnalysis :关闭逃逸分析

3. 参考资料

作者:泡面哥

来源:https://segmentfault.com/a/1190000016803174


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