深入理解Java中的逃逸分析

在Java的編譯體系中宗挥,一個Java的源代碼文件變成計算機可執(zhí)行的機器指令的過程中牲阁,需要經(jīng)過兩段編譯,第一段是把.java文件轉(zhuǎn)換成.class文件苗踪。第二段編譯是把.class轉(zhuǎn)換成機器指令的過程缓屠。

第一段編譯就是javac命令板乙。
在第二編譯階段谓松,JVM 通過解釋字節(jié)碼將其翻譯成對應(yīng)的機器指令焕妙,逐條讀入拴事,逐條解釋翻譯沃斤。很顯然,經(jīng)過解釋執(zhí)行刃宵,其執(zhí)行速度必然會比可執(zhí)行的二進制字節(jié)碼程序慢很多衡瓶。這就是傳統(tǒng)的JVM的解釋器(Interpreter)的功能。為了解決這種效率問題牲证,引入了 JIT(即時編譯) 技術(shù)哮针。

引入了 JIT 技術(shù)后,Java程序還是通過解釋器進行解釋執(zhí)行,當JVM發(fā)現(xiàn)某個方法或代碼塊運行特別頻繁的時候十厢,就會認為這是“熱點代碼”(Hot Spot Code)等太。然后JIT會把部分“熱點代碼”翻譯成本地機器相關(guān)的機器碼,并進行優(yōu)化蛮放,然后再把翻譯后的機器碼緩存起來缩抡,以備下次使用。

JIT優(yōu)化中最重要的一個就是逃逸分析包颁。

逃逸分析

關(guān)于逃逸分析的概念瞻想,可以參考對象并不一定都是在堆上分配內(nèi)存的一文,這里簡單回顧一下:
逃逸分析的基本行為就是分析對象動態(tài)作用域:當一個對象在方法中被定義后娩嚼,它可能被外部方法所引用蘑险,例如作為調(diào)用參數(shù)傳遞到其他地方中,稱為方法逃逸岳悟。

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

第一段代碼中的sb就逃逸了漠其,而第二段代碼中的sb就沒有逃逸。

使用逃逸分析竿音,編譯器可以對代碼做如下優(yōu)化:
一和屎、同步省略。如果一個對象被發(fā)現(xiàn)只能從一個線程被訪問到春瞬,那么對于這個對象的操作可以不考慮同步柴信。

在動態(tài)編譯同步塊的時候,JIT編譯器可以借助逃逸分析來判斷同步塊所使用的鎖對象是否只能夠被一個線程訪問而沒有被發(fā)布到其他線程宽气。
如果同步塊所使用的鎖對象通過這種分析被證實只能夠被一個線程訪問随常,那么JIT編譯器在編譯這個同步塊的時候就會取消對這部分代碼的同步。這個取消同步的過程就叫同步省略萄涯,也叫鎖消除绪氛。

public void f() { 
    Object hollis = new Object(); 
    synchronized(hollis) { 
        System.out.println(hollis); 
    } 
}
public void f() { 
    Object hollis = new Object(); 
    System.out.println(hollis); 
} 
二、將堆分配轉(zhuǎn)化為棧分配涝影。如果一個對象在子程序中被分配枣察,要使指向該對象的指針永遠不會逃逸,對象可能是棧分配的候選燃逻,而不是堆分配序目。

在Java虛擬機中,對象是在Java堆中分配內(nèi)存的伯襟,這是一個普遍的常識猿涨。但是,有一種特殊情況姆怪,那就是如果經(jīng)過逃逸分析后發(fā)現(xiàn)叛赚,一個對象并沒有逃逸出方法的話澡绩,那么就可能被優(yōu)化成棧上分配。這樣就無需在堆上分配內(nèi)存俺附,也無須進行垃圾回收了肥卡。
關(guān)于棧上分配的詳細介紹,可以參考對象并不一定都是在堆上分配內(nèi)存的
這里昙读,還是要簡單說一下召调,其實在現(xiàn)有的虛擬機中膨桥,并沒有真正的實現(xiàn)棧上分配蛮浑,在對象并不一定都是在堆上分配內(nèi)存的中我們的例子中,對象沒有在堆上分配只嚣,其實是標量替換實現(xiàn)的沮稚。

三、分離對象或標量替換册舞。有的對象可能不需要作為一個連續(xù)的內(nèi)存結(jié)構(gòu)存在也可以被訪問到蕴掏,那么對象的部分(或全部)可以不存儲在內(nèi)存,而是存儲在CPU寄存器中调鲸。

在Java代碼運行時盛杰,通過JVM參數(shù)可指定是否開啟逃逸分析,
-XX:+DoEscapeAnalysis : 表示開啟逃逸分析
-XX:-DoEscapeAnalysis : 表示關(guān)閉逃逸分析 從jdk 1.7開始已經(jīng)默認開始逃逸分析藐石,如需關(guān)閉即供,需要指定-XX:-DoEscapeAnalysis

標量(Scalar)是指一個無法再分解成更小的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)。Java中的原始數(shù)據(jù)類型就是標量于微。相對的逗嫡,那些還可以分解的數(shù)據(jù)叫做聚合量(Aggregate),Java中的對象就是聚合量株依,因為他可以分解成其他聚合量和標量驱证。
在JIT階段,如果經(jīng)過逃逸分析恋腕,發(fā)現(xiàn)一個對象不會被外界訪問的話抹锄,那么經(jīng)過JIT優(yōu)化,就會把這個對象拆解成若干個其中包含的若干個成員變量來代替荠藤。這個過程就是標量替換祈远。

public static void main(String[] args) { 
   alloc(); 
} 
 
private static void alloc() { 
   Point point = new Point(1,2); 
   System.out.println("point.x="+point.x+"; point.y="+point.y); 
} 
class Point{ 
    private int x; 
    private int y; 
}
private static void alloc() { 
   int x = 1; 
   int y = 2; 
   System.out.println("point.x="+x+"; point.y="+y); 
} 

可以看到,Point這個聚合量經(jīng)過逃逸分析后商源,發(fā)現(xiàn)他并沒有逃逸车份,就被替換成兩個聚合量了。那么標量替換有什么好處呢牡彻?就是可以大大減少堆內(nèi)存的占用扫沼。因為一旦不需要創(chuàng)建對象了出爹,那么就不再需要分配堆內(nèi)存了。

標量替換為棧上分配提供了很好的基礎(chǔ)缎除。

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