Java 逃逸分析

邓立_全栈UncleLi
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什么是逃逸分析？

  • 关于 Java 逃逸分析的定义：

    • 逃逸分析（Escape Analysis）简单来讲就是，Java Hotspot 虚拟机可以分析新创建对象的使用范围，并决定是否在 Java 堆上分配内存的一项技术

    • 逃逸分析的 JVM 参数如下：

      • 开启逃逸分析：-XX:+DoEscapeAnalysis

      • 关闭逃逸分析：-XX:-DoEscapeAnalysis

      • 显示分析结果：-XX:+PrintEscapeAnalysis

      • 逃逸分析技术在 Java SE 6u23+ 开始支持，并默认设置为启用状态，可以不用额外加这个参数

  • 逃逸分析算法

    • Java Hotspot 编译器实现下面论文中描述的逃逸算法：
    [Choi99] Jong-Deok Choi, Manish Gupta, Mauricio Seffano,
          Vugranam C. Sreedhar, Sam Midkiff,
          "Escape Analysis for Java", Procedings of ACM SIGPLAN
          OOPSLA  Conference, November 1, 1999
根据 Jong-Deok Choi, Manish Gupta, Mauricio Seffano,Vugranam C. Sreedhar, Sam Midkiff 等大牛在论文《Escape Analysis for Java》中描述的算法进行逃逸分析的。

    • 该算法引入了连通图，用连通图来构建对象和对象引用之间的可达性关系，并在次基础上，提出一种组合数据流分析法

    • 由于算法是上下文相关和流敏感的，并且模拟了对象任意层次的嵌套关系，所以分析精度较高，只是运行时间和内存消耗相对较大

  • 对象逃逸状态

    • 我们了解了 Java 中的逃逸分析技术，再来了解下一个对象的逃逸状态

    • 全局逃逸（GlobalEscape）

      • 即一个对象的作用范围逃出了当前方法或者当前线程，有以下几种场景：

        • 对象是一个静态变量

        • 对象是一个已经发生逃逸的对象

        • 对象作为当前方法的返回值

    • 参数逃逸（ArgEscape）

      • 即一个对象被作为方法参数传递或者被参数引用，但在调用过程中不会发生全局逃逸，这个状态是通过被调方法的字节码确定的

    • 没有逃逸

      • 即方法中的对象没有发生逃逸

    • 逃逸分析优化

      • 针对上面第三点，当一个对象没有逃逸时，可以得到以下几个虚拟机的优化

        • 锁消除

          • 我们知道线程同步锁是非常牺牲性能的，当编译器确定当前对象只有当前线程使用，那么就会移除该对象的同步锁。例如 StringBuffer 和 Vector 都是用 synchronized 修饰线程安全的，但大部分情况下，它们都只是在当前线程中用到，这样编译器就会优化移除掉这些锁操作

          • 锁消除的 JVM 参数如下：

            • 开启锁消除：-XX:+EliminateLocks

            • 关闭锁消除：-XX:-EliminateLocks

            • 锁消除在 JDK8 中都是默认开启的，并且锁消除都要建立在逃逸分析的基础上

        • 标量替换

          • 首先要明白标量和聚合量，基础类型和对象的引用可以理解为标量，它们不能被进一步分解。而能被进一步分解的量就是聚合量，比如：对象

          • 对象是聚合量，它又可以被进一步分解成标量，将其成员变量分解为分散的变量，这就叫做标量替换

          • 这样如果一个对象没有发生逃逸，那压根就不用创建它，只会在栈或者寄存器上创建它用到的成员标量，节省了内存空间，也提升了应用程序性能

          • 标量替换的 JVM 参数如下：

            • 开启标量替换：-XX:+EliminateAllocations

            • 关闭标量替换：-XX:-EliminateAllocations

            • 显示标量替换详情：-XX:+PrintEliminateAllocations

            • 标量替换同样在 JDK8 中都是默认开启的，并且都要建立在逃逸分析的基础上

        • 栈上分配

          • 当对象没有发生逃逸时，该对象就可以通过标量替换分解成成员标量分配在栈内存中，和方法的生命周期一致，随着栈帧出栈时销毁，减少了 GC 压力，提高了应用程序性能

总结

  • 逃逸分析讲完了，总结了不少时间，我们也应该大概知道逃逸分析是为了优化 JVM 内存和提升程序性能的。我们知道这点后，在平时开发过程中就要可尽可能的控制变量的作用范围了，变量范围越小越好，让虚拟机尽可能有优化的空间。举一个例子，如：
return sb; 可以改为： return sb.toString();
  • 这是一种优化案例，把 StringBuilder 变量控制在了当前方法之内，没有逃出当前方法作用域
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