Java中的逃逸分析

jayce 發(fā)布于2019-08-16 13:30 / 2230人閱讀

摘要：當(dāng)一個(gè)對(duì)象被定義之后，可能會(huì)被外部對(duì)象引用，稱之為方法逃逸也有可能被其他線程所引用，稱之為線程逃逸。在編譯過(guò)程中，經(jīng)過(guò)逃逸分析確定一個(gè)對(duì)象不會(huì)被其他線程或者方法訪問(wèn)，那么會(huì)將對(duì)象的創(chuàng)建替換成為多個(gè)成員變量的創(chuàng)建，稱之為標(biāo)量替換。

1.引言

Java 程序運(yùn)行時(shí)，JVM 會(huì)將 .class 字節(jié)碼轉(zhuǎn)換成機(jī)器能夠識(shí)別的指令，指令轉(zhuǎn)換過(guò)程會(huì)產(chǎn)生耗時(shí)，延緩程序的運(yùn)行速度，為了解決這種問(wèn)題出現(xiàn)了「JIT（即時(shí)編譯）」技術(shù)。JIT 主要有兩個(gè)功能：

緩存「Hot Spot Code（熱點(diǎn)代碼：頻繁運(yùn)行的方法或代碼塊）」對(duì)應(yīng)的機(jī)器指令，方便下次調(diào)用。

代碼編譯優(yōu)化。

而在 JIT 的代碼優(yōu)化過(guò)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對(duì)象的動(dòng)態(tài)作用域。當(dāng)一個(gè)對(duì)象被定義之后，可能會(huì)被外部對(duì)象引用，稱之為「方法逃逸」；也有可能被其他線程所引用，稱之為「線程逃逸」。

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

例如上面這段代碼將創(chuàng)建的字符串對(duì)象 sb 返回，這樣可以被其他方法或線程引用。

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

如果這樣實(shí)現(xiàn)的話，sb 對(duì)象就沒(méi)有「逃逸」。

利用逃逸分析，編譯器可以對(duì)代碼做如下優(yōu)化：

同步省略

標(biāo)量替換

棧上分配

2.1 同步省略

在 JIT 編譯過(guò)程中，如果發(fā)現(xiàn)一個(gè)對(duì)象不會(huì)被多線程訪問(wèn)，那么針對(duì)這個(gè)對(duì)象的同步措施就可以省略掉，即「鎖銷除」。例如 Vector 和 StringBuffer 這樣的類，它們中的很多方法都是有鎖的，當(dāng)某個(gè)對(duì)象確定是線程安全的情況下，JIT編譯器會(huì)在編譯這段代碼時(shí)進(jìn)行鎖銷除來(lái)提升效率。

2.2 標(biāo)量替換

「標(biāo)量（Scalar）」是指無(wú)法再分解成更小粒度的數(shù)據(jù)，例如 Java 中的原始數(shù)據(jù)類型（int，long等），相對(duì)如果一個(gè)數(shù)據(jù)可以繼續(xù)分解，則稱之為「聚合量（Aggregate）」，例如 Java對(duì)象。在 JIT 編譯過(guò)程中，經(jīng)過(guò)逃逸分析確定一個(gè)對(duì)象不會(huì)被其他線程或者方法訪問(wèn)，那么會(huì)將對(duì)象的創(chuàng)建替換成為多個(gè)成員變量的創(chuàng)建，稱之為「標(biāo)量替換」。

public class EscapeObject {

    private static void getUser() {
        User user = new User("張三", 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;
    }
}

上面這段代碼中，對(duì)象 user 只會(huì)在getUser()方法中被調(diào)用，那么 JIT動(dòng)態(tài)編譯時(shí)，不會(huì)創(chuàng)建對(duì)象 user，而之創(chuàng)建它的兩個(gè)成員變量 name 和 age，類似：

private static void getUser() {
    String name = "張三";
    int age = 18;

    System.out.println("user name is " + user.name + ", age is " + user.age);

}

public static void main(String[] args) {
    getUser();
}

標(biāo)量替換減少了創(chuàng)建對(duì)象需要的堆內(nèi)存，同時(shí)也不用進(jìn)行 GC。

2.3 棧上分配

「棧上分配」是指對(duì)象和數(shù)據(jù)不是創(chuàng)建在堆上，而是創(chuàng)建在棧上，隨著方法的結(jié)束自動(dòng)銷毀。但實(shí)際上，JVM 例如常用的「HotSpot」虛擬機(jī)并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)棧上分配，實(shí)際是用「標(biāo)量替換」代替實(shí)現(xiàn)的。

在 JAVA 中，對(duì)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。

堆是所有的對(duì)象實(shí)例以及數(shù)組分配內(nèi)存的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)域。

2.4 如何開(kāi)啟逃逸分析

可以通過(guò)設(shè)置 JVM 參數(shù)來(lái)開(kāi)啟或關(guān)閉逃逸分析

-XX:+DoEscapeAnalysis :開(kāi)啟逃逸分析（從JDK1.7開(kāi)始默認(rèn)開(kāi)啟）

-XX:-DoEscapeAnalysis :關(guān)閉逃逸分析

3. 參考資料

深入理解Java中的逃逸分析