Java中逃逸問題的示例分析

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逃逸分析的定義

逃逸分析，是一種可以有效減少Java 程序中同步負(fù)載和內(nèi)存堆分配壓力的跨函數(shù)全局?jǐn)?shù)據(jù)流分析算法。
通過逃逸分析，Java Hotspot編譯器能夠分析出一個(gè)新的對(duì)象的引用的使用范圍從而決定是否要將這個(gè)對(duì)象分配到堆上。

Java在Java SE 6u23以及以后的版本中支持并默認(rèn)開啟了逃逸分析的選項(xiàng)。Java的 HotSpot JIT編譯器，能夠在方法重載或者動(dòng)態(tài)加載代碼的時(shí)候?qū)Υa進(jìn)行逃逸分析。

逃逸分析的基本行為就是分析對(duì)象的動(dòng)態(tài)作用域：當(dāng)一個(gè)對(duì)象在方法中被定義后，它可能被外部方法所引用。
方法逃逸：例如作為調(diào)用參數(shù)傳遞到其他方法中。

線程逃逸：有可能被外部線程訪問到，譬如賦值給類變量或可以在其他線程中訪問的實(shí)例變量。

逃逸分析的理論基礎(chǔ)

基于 Jong-Deok Choi, Manish Gupta, Mauricio Seffano,Vugranam C. Sreedhar, Sam Midkiff等在論文《Escape Analysis for Java》中描述的算法進(jìn)行逃逸分析。

該算法引入了連通圖，用連通圖來構(gòu)建對(duì)象和對(duì)象引用之間的可達(dá)性關(guān)系，并在次基礎(chǔ)上，提出一種組合數(shù)據(jù)流分析法。由于該算法是上下文相關(guān)和流敏感的，并且模擬了對(duì)象任意層次的嵌套關(guān)系，所以分析精度較高，只是運(yùn)行時(shí)間和內(nèi)存消耗相對(duì)較大。

絕大多數(shù)逃逸分析的實(shí)現(xiàn)都基于“封閉世界(closed world)”的前提：所有可能被執(zhí)行的，方法在做逃逸分析前都已經(jīng)得知，并且，程序的實(shí)際運(yùn)行不會(huì)改變它們之間的調(diào)用關(guān)系 。但當(dāng)真實(shí)的 Java 程序運(yùn)行時(shí)，這樣的假設(shè)并不成立。Java 程序擁有的許多特性，例如動(dòng)態(tài)類加載、調(diào)用本地函數(shù)以及反射程序調(diào)用等等，都將打破所謂“封閉世界”的約定。

逃逸分析之后的處理操作

經(jīng)過逃逸分析之后，可以得到對(duì)象三種可能的逃逸狀態(tài)：

GlobalEscape（全局逃逸）： 即一個(gè)對(duì)象的引用逃出了方法或者線程。例如，一個(gè)對(duì)象的引用是復(fù)制給了一個(gè)類變量，或者存儲(chǔ)在在一個(gè)已經(jīng)逃逸的對(duì)象當(dāng)中，或者這個(gè)對(duì)象的引用作為方法的返回值返回給了調(diào)用方法。

ArgEscape（參數(shù)級(jí)逃逸）：即在方法調(diào)用過程當(dāng)中傳遞對(duì)象的應(yīng)用給一個(gè)方法。這種狀態(tài)可以通過分析被調(diào)方法的二進(jìn)制代碼確定。

NoEscape（沒有逃逸）：一個(gè)可以進(jìn)行標(biāo)量替換的對(duì)象。該對(duì)象可以不被分配在傳統(tǒng)的堆上。

編譯器可以使用逃逸分析的結(jié)果，對(duì)程序進(jìn)行優(yōu)化：

堆分配對(duì)象變成棧分配對(duì)象：一個(gè)方法當(dāng)中的對(duì)象，對(duì)象的引用沒有發(fā)生逃逸，那么這個(gè)方法可能會(huì)被分配在棧內(nèi)存上而非常見的堆內(nèi)存上。

消除同步：線程同步的代價(jià)是相當(dāng)高的，同步的后果是降低并發(fā)性和性能。逃逸分析可以判斷出某個(gè)對(duì)象是否始終只被一個(gè)線程訪問，如果只被一個(gè)線程訪問，那么對(duì)該對(duì)象的同步操作就可以轉(zhuǎn)化成沒有同步保護(hù)的操作，這樣就能大大提高并發(fā)程度和性能。

矢量替代：逃逸分析方法如果發(fā)現(xiàn)對(duì)象的內(nèi)存存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)不需要連續(xù)進(jìn)行的話，就可以將對(duì)象的部分甚至全部都保存在CPU寄存器內(nèi)，這樣能大大提高訪問速度。

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