堆是分配对象的唯一选择吗？（1）

别给我加香菜
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在《深入理解Java虚拟机》中关于Java堆内存有这样一段描述：

  1. 随着JIT编译期的发展与逃逸分析技术逐渐成熟，栈上分配、标量替换优化技术将会导致一些微妙的变化，所有的对象都分配到堆上也渐渐变得不那么“绝对”了。
  2. 在Java虚拟机中，对象是在Java堆中分配内存的，这是一个普遍的常识。但是，有一种特殊情况，那就是如果经过逃逸分析（Escape Analysis）后发现，一个对象并没有逃逸出方法的话，那么就可能被优化成栈上分配。这样就无需在堆上分配内存，也无须进行垃圾回收了。这也是最常见的堆外存储技术。
  3. 此外，前面提到的基于OpenJDK深度定制的TaoBao VM，其中创新的GCIH（GC invisible heap）技术实现off-heap，将生命周期较长的Java对象从heap中移至heap外，并且GC不能管理GCIH内部的Java对象，以此达到降低GC的回收频率和提升GC的回收效率的目的。

逃逸分析

  1. 如何将堆上的对象分配到栈，需要使用逃逸分析手段。

  2. 这是一种可以有效减少Java程序中同步负载和内存堆分配压力的跨函数全局数据流分析算法。

  3. 通过逃逸分析，Java Hotspot编译器能够分析出一个新的对象的引用的使用范围从而决定是否要将这个对象分配到堆上。

  4. 逃逸分析的基本行为就是分析对象动态作用域：

    • 当一个对象在方法中被定义后，对象只在方法内部使用，则认为没有发生逃逸。
    • 当一个对象在方法中被定义后，它被外部方法所引用，则认为发生逃逸。例如作为调用参数传递到其他地方中。

逃逸分析举例

1、没有发生逃逸的对象，则可以分配到栈（无线程安全问题）上，随着方法执行的结束，栈空间就被移除（也就无需GC）

public void my_method() {
    V v = new V();
    // use v
    // ....
    v = null;
}

2、下面代码中的 StringBuffer sb 发生了逃逸，不能在栈上分配

public static StringBuffer createStringBuffer(String s1, String s2) {
    StringBuffer sb = new StringBuffer();
    sb.append(s1);
    sb.append(s2);
    return sb;
}

3、如果想要StringBuffer sb不发生逃逸，可以这样写

public static String createStringBuffer(String s1, String s2) {
    StringBuffer sb = new StringBuffer();
    sb.append(s1);
    sb.append(s2);
    return sb.toString();
}

如何快速的判断是否发生了逃逸分析，大家就看new的对象实体是否有可能在方法外被调用。

public class EscapeAnalysis {

    public EscapeAnalysis obj;

    /*
    方法返回EscapeAnalysis对象，发生逃逸
     */
    public EscapeAnalysis getInstance(){
        return obj == null? new EscapeAnalysis() : obj;
    }
    /*
    为成员属性赋值，发生逃逸
     */
    public void setObj(){
        this.obj = new EscapeAnalysis();
    }
    //思考：如果当前的obj引用声明为static的？仍然会发生逃逸。

    /*
    对象的作用域仅在当前方法中有效，没有发生逃逸
     */
    public void useEscapeAnalysis(){
        EscapeAnalysis e = new EscapeAnalysis();
    }
    /*
    引用成员变量的值，发生逃逸
     */
    public void useEscapeAnalysis1(){
        EscapeAnalysis e = getInstance();
        //getInstance().xxx()同样会发生逃逸
    }
}

逃逸分析参数设置

  1. 在JDK 1.7 版本之后，HotSpot中默认就已经开启了逃逸分析

  2. 如果使用的是较早的版本，开发人员则可以通过：

    • 选项“-XX:+DoEscapeAnalysis”显式开启逃逸分析
    • 通过选项“-XX:+PrintEscapeAnalysis”查看逃逸分析的筛选结果

总结

开发中能使用局部变量的，就不要使用在方法外定义。

代码优化

使用逃逸分析，编译器可以对代码做如下优化：

  1. 栈上分配：将堆分配转化为栈分配。如果一个对象在子程序中被分配，要使指向该对象的指针永远不会发生逃逸，对象可能是栈上分配的候选，而不是堆上分配
  2. 同步省略：如果一个对象被发现只有一个线程被访问到，那么对于这个对象的操作可以不考虑同步。
  3. 分离对象或标量替换：有的对象可能不需要作为一个连续的内存结构存在也可以被访问到，那么对象的部分（或全部）可以不存储在内存，而是存储在CPU寄存器中。

栈上分配

  1. JIT编译器在编译期间根据逃逸分析的结果，发现如果一个对象并没有逃逸出方法的话，就可能被优化成栈上分配。分配完成后，继续在调用栈内执行，最后线程结束，栈空间被回收，局部变量对象也被回收。这样就无须进行垃圾回收了。
  2. 常见的栈上分配的场景：在逃逸分析中，已经说明了，分别是给成员变量赋值、方法返回值、实例引用传递。

栈上分配举例

栈上分配测试 -Xmx128m -Xms128m -XX:-DoEscapeAnalysis -XX:+PrintGCDetails

public class StackAllocation {
    public static void main(String[] args) {
        long start = System.currentTimeMillis();

        for (int i = 0; i < 10000000; i++) {
            alloc();
        }
        // 查看执行时间
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("花费的时间为： " + (end - start) + " ms");
        // 为了方便查看堆内存中对象个数，线程sleep
        try {
            Thread.sleep(1000000);
        } catch (InterruptedException e1) {
            e1.printStackTrace();
        }
    }

    private static void alloc() {
        User user = new User();//未发生逃逸
    }

    static class User {

    }
}

输出如下图：

image.png

1、JVM 参数设置

-Xmx128m -Xms128m -XX:-DoEscapeAnalysis -XX:+PrintGCDetails

2、日志打印：发生了 GC ，耗时 114ms

开启逃逸分析的情况

输出结果：

**

CODE

**

花费的时间为： 5 ms

1、参数设置

-Xmx128m -Xms128m -XX:+DoEscapeAnalysis -XX:+PrintGCDetails

2、日志打印：并没有发生 GC ，耗时5ms 。

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