JVM学习笔记：逃逸分析的优化手段（猜想随笔）

Chengyunlai
220 阅读4分钟

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有这样一个问题：对象是在堆中被分配的吗？我想说至少目前是这样的。

现在版本的JVM本身就已经默认开启了逃逸分析来优化我们的代码，这种优化的思想有一种错觉是对象在栈上分配了，但其实并不是。实际上对象还是在堆中被分配的，优化的内容只是针对那些未发生逃逸的对象，将对象通过标量替换的手段进行优化了，也就是说将未发生逃逸的对象拆分成了基础数据类型和方法，在栈帧使用栈帧即可管理，方法结束后栈帧出栈，“对象”被释放，减少了GC发生的次数，优化了代码。

为了巩固自己的印象，上文提到了这些名词，将在文中逐一介绍：

  1. 逃逸分析
  2. 什么叫未发生逃逸的对象
  3. 如何开启和关闭逃逸分析
  4. 标量替换是什么意思

示例代码

类名为StackAllocation。方法名：alloc，调用之后就new一个StackAllocation对象。main方法循环10000000次调用alloc方法，并且计算花费的时间。

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

        for (int i = 0;i < 10000000; i++){
            alloc();
        }

        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("花费的时间是:" + (end- start) + "毫秒");

        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(1000);
        }catch (InterruptedException e){
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void alloc(){
        StackAllocation stackAllocation  = new StackAllocation();
    }
}

运行该代码时，添加JVM指令：-XX:-DoEscapeAnalysis（该命令是关闭逃逸分析），执行结果如下：

花费的时间是:75毫秒

那么我们开启逃逸分析：

花费的时间是:4毫秒

逃逸分析

逃逸分析的作用是用来减少Java程序中同步负载和内存堆分配的压力，它的基本行为就是分析对象作用域。

未发生逃逸的对象

举个例子：当一个对象在A方法中被定义后，如果该对象仅在A方法中使用，则表示该对象是未发生逃逸的；

public void alloc(){
    Cheng c = new Cheng(); // 该对象c只在alloc方法中使用，未发生逃逸
}

发生逃逸的对象

而以下三种行为是会发生逃逸的：

  1. 为类成员赋值，我们常说的getInstance动作
public class EscapeAnalysis{
    private Cheng c;
    
    public void getInstance{
        this.c == null ? new Cheng():this.c; // 对象作用域已经出了这个方法
    }
}
  1. return语句
public Cheng getCheng(){
    return new Cheng(); // 对象作用域已经出了这个方法
}
  1. 调用return语句或者getInstance拿到已经发生逃逸的对象
public void run(){
    Cheng c = getInstance();
    c.run();
}

如何开启和关闭逃逸分析

开启：-XX:+DoEscapeAnalysis（默认就是开启的）

关闭：-XX:-DoEscapeAnalysis

标量替换是什么意思

标量是指一个无法再分解的数据，基本数据类型满足这个特征。

而类是由成员变量以及方法构成的，所以一般类成员是可以进行拆分，拆分成标量。这个拆有个前提就是满足未逃逸。

例子：

private static void alloc() {
    Point point = new Point(1,2);
}
class Point {
    private int x;
    private int y;
}

point满足未逃逸，它将会优化成标量。

private static void alloc() {
    int x = 1;
    int y = 2;
}

这种方法+变量的形式，用栈结构即可。

总结

如何理解逃逸分析呢？

第一步：我们要知道JVM放置对象和数组的地方称为堆，堆是GC垃圾回收的主要区域，如果频繁的GC操作是会影响程序性能的，所以目的是要减缓GC操作，这才有了逃逸分析。

第二步：了解逃逸分析做了什么事，它的设想是能不能栈上分配对象，如果可以对象的回收不由GC控制，用完直接出栈即可，满足这个就需要该对象是满足未逃逸的，只有它是未逃逸的前提下，就可以将该对象进行标量替换成标准数据类型和方法，这样的结构用栈帧就足以表示，从而间接的实现了栈上分配，而这里分配并不是将对象在栈上分配了，而是通过标量替换的方式用另一种方式在栈上表示了对象。

第三步：程序变快了的原因，就是通过第二步的方式，在栈中用出栈的方式管理对象的回收问题。

最后：逃逸分析并不成熟。

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