Java中的逃逸分析

jayce 發布于2019-08-16 13:30 / 2226人閱讀

摘要：當一個對象被定義之后，可能會被外部對象引用，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。在編譯過程中，經過逃逸分析確定一個對象不會被其他線程或者方法訪問，那么會將對象的創建替換成為多個成員變量的創建，稱之為標量替換。

1.引言

Java 程序運行時，JVM 會將 .class 字節碼轉換成機器能夠識別的指令，指令轉換過程會產生耗時，延緩程序的運行速度，為了解決這種問題出現了「JIT（即時編譯）」技術。JIT 主要有兩個功能：

緩存「Hot Spot Code（熱點代碼：頻繁運行的方法或代碼塊）」對應的機器指令，方便下次調用。

代碼編譯優化。

而在 JIT 的代碼優化過程中，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對象的動態作用域。當一個對象被定義之后，可能會被外部對象引用，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建的字符串對象 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();
    }
}

如果這樣實現的話，sb 對象就沒有「逃逸」。

利用逃逸分析，編譯器可以對代碼做如下優化：

同步省略

標量替換

棧上分配

2.1 同步省略

在 JIT 編譯過程中，如果發現一個對象不會被多線程訪問，那么針對這個對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，當某個對象確定是線程安全的情況下，JIT編譯器會在編譯這段代碼時進行鎖銷除來提升效率。

2.2 標量替換

「標量（Scalar）」是指無法再分解成更小粒度的數據，例如 Java 中的原始數據類型（int，long等），相對如果一個數據可以繼續分解，則稱之為「聚合量（Aggregate）」，例如 Java對象。在 JIT 編譯過程中，經過逃逸分析確定一個對象不會被其他線程或者方法訪問，那么會將對象的創建替換成為多個成員變量的創建，稱之為「標量替換」。

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，對象 user 只會在getUser()方法中被調用，那么 JIT動態編譯時，不會創建對象 user，而之創建它的兩個成員變量 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();
}

標量替換減少了創建對象需要的堆內存，同時也不用進行 GC。

2.3 棧上分配

「棧上分配」是指對象和數據不是創建在堆上，而是創建在棧上，隨著方法的結束自動銷毀。但實際上，JVM 例如常用的「HotSpot」虛擬機并沒有實現棧上分配，實際是用「標量替換」代替實現的。

在 JAVA 中，對象只分配在堆中：

The heap is the runtime data area from which memory for all class instances and arrays is allocated。

堆是所有的對象實例以及數組分配內存的運行時數據區域。

2.4 如何開啟逃逸分析

可以通過設置 JVM 參數來開啟或關閉逃逸分析

-XX:+DoEscapeAnalysis :開啟逃逸分析（從JDK1.7開始默認開啟）

-XX:-DoEscapeAnalysis :關閉逃逸分析

3. 參考資料

深入理解Java中的逃逸分析

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