Java中的逃逸分析

jayce 发布于2019-08-16 13:30 / 2073人阅读

摘要：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。在编译过程中，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。

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：

同步省略

标量替换

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

深入理解Java中的逃逸分析

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