Java逃逸分析的基本概念

這篇文章主要介紹Java逃逸分析的基本概念，文中介紹的非常詳細(xì)，具有一定的參考價(jià)值，感興趣的小伙伴們一定要看完！

概念引入

我們都知道，Java 創(chuàng)建的對(duì)象都是被分配到堆內(nèi)存上，但是事實(shí)并不是這么絕對(duì)，通過(guò)對(duì)Java對(duì)象分配的過(guò)程分析，可以知道有兩個(gè)地方會(huì)導(dǎo)致Java中創(chuàng)建出來(lái)的對(duì)象并一定分別在所認(rèn)為的堆上。這兩個(gè)點(diǎn)分別是Java中的逃逸分析和TLAB（Thread Local Allocation Buffer）線程私有的緩存區(qū)。

基本概念介紹

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(guò)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。

在計(jì)算機(jī)語(yǔ)言編譯器優(yōu)化原理中，逃逸分析是指分析指針動(dòng)態(tài)范圍的方法，它同編譯器優(yōu)化原理的指針?lè)治龊屯庑畏治鱿嚓P(guān)聯(lián)。當(dāng)變量（或者對(duì)象）在方法中分配后，其指針有可能被返回或者被全局引用，這樣就會(huì)被其他過(guò)程或者線程所引用，這種現(xiàn)象稱作指針（或者引用）的逃逸(Escape)。通俗點(diǎn)講，如果一個(gè)對(duì)象的指針被多個(gè)方法或者線程引用時(shí)，那么我們就稱這個(gè)對(duì)象的指針發(fā)生了逃逸。

Java在Java SE 6u23以及以后的版本中支持并默認(rèn)開(kāi)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，同時(shí)Java對(duì)象在堆上分配和內(nèi)置線程的特點(diǎn)使得逃逸分析成Java的重要功能。

代碼示例

package me.stormma.gc;
/**
 * <p>Created on 2017/4/21.</p>
 *
 * @author stormma
 *
 * @title <p>逃逸分析</p>
 */
public class EscapeAnalysis {
  public static B b;
  /**
   * <p>全局變量賦值發(fā)生指針逃逸</p>
   */
  public void globalVariablePointerEscape() {
    b = new B();
  }
  /**
   * <p>方法返回引用，發(fā)生指針逃逸</p>
   * @return
   */
  public B methodPointerEscape() {
    return new B();
  }
  /**
   * <p>實(shí)例引用發(fā)生指針逃逸</p>
   */
  public void instancePassPointerEscape() {
    methodPointerEscape().printClassName(this);
  }
  class B {
    public void printClassName(EscapeAnalysis clazz) {
      System.out.println(clazz.getClass().getName());
    }
  }
}

逃逸分析研究對(duì)于 java 編譯器有什么好處呢？我們知道 java 對(duì)象總是在堆中被分配的，因此 java 對(duì)象的創(chuàng)建和回收對(duì)系統(tǒng)的開(kāi)銷(xiāo)是很大的。java 語(yǔ)言被批評(píng)的一個(gè)地方，也是認(rèn)為 java 性能慢的一個(gè)原因就是 java不支持棧上分配對(duì)象。JDK6里的 Swing內(nèi)存和性能消耗的瓶頸就是由于 GC 來(lái)遍歷引用樹(shù)并回收內(nèi)存的，如果對(duì)象的數(shù)目比較多，將給 GC 帶來(lái)較大的壓力，也間接得影響了性能。減少臨時(shí)對(duì)象在堆內(nèi)分配的數(shù)量，無(wú)疑是最有效的優(yōu)化方法。java 中應(yīng)用里普遍存在一種場(chǎng)景，一般是在方法體內(nèi)，聲明了一個(gè)局部變量，并且該變量在方法執(zhí)行生命周期內(nèi)未發(fā)生逃逸，按照 JVM內(nèi)存分配機(jī)制，首先會(huì)在堆內(nèi)存上創(chuàng)建類(lèi)的實(shí)例（對(duì)象），然后將此對(duì)象的引用壓入調(diào)用棧，繼續(xù)執(zhí)行，這是 JVM優(yōu)化前的方式。當(dāng)然，我們可以采用逃逸分析對(duì) JVM 進(jìn)行優(yōu)化。即針對(duì)棧的重新分配方式，首先我們需要分析并且找到未逃逸的變量，將該變量類(lèi)的實(shí)例化內(nèi)存直接在棧里分配，無(wú)需進(jìn)入堆，分配完成之后，繼續(xù)調(diào)用棧內(nèi)執(zhí)行，最后線程執(zhí)行結(jié)束，?？臻g被回收，局部變量對(duì)象也被回收，通過(guò)這種方式的優(yōu)化，與優(yōu)化前的方案主要區(qū)別在于對(duì)象的存儲(chǔ)介質(zhì)，優(yōu)化前是在堆中，而優(yōu)化后的是在棧中，從而減少了堆中臨時(shí)對(duì)象的分配（較耗時(shí)），從而優(yōu)化性能。

使用逃逸分析進(jìn)行性能優(yōu)化(-XX:+DoEscapeAnalysis開(kāi)啟逃逸分析)

public void method() {
  Test test = new Test();
  //處理邏輯
  ......
  test = null;
}

這段代碼，之所以可以在棧上進(jìn)行內(nèi)存分配，是因?yàn)闆](méi)有發(fā)生指針逃逸，即是引用沒(méi)有暴露出這個(gè)方法體。

棧和堆內(nèi)存分配比較

package me.stormma.gc;
/**
 * <p>Created on 2017/4/21.</p>
 *
 * @author stormma
 * @description: <p>內(nèi)存分配比較</p>
 */
public class EscapeAnalysisTest {
  public static void alloc() {
    byte[] b = new byte[2];
    b[0] = 1;
  }
  public static void main(String[] args) {
    long b = System.currentTimeMillis();
    for (int i = 0; i < 100000000; i++) {
      alloc();
    }
    long e = System.currentTimeMillis();
    System.out.println(e - b);
  }
}

JVM 參數(shù)為-server -Xmx10m -Xms10m -XX:-DoEscapeAnalysis -XX:+PrintGC, 運(yùn)行結(jié)果

JVM 參數(shù)為-server -Xmx10m -Xms10m -XX:+DoEscapeAnalysis -XX:+PrintGC, 運(yùn)行結(jié)果

性能測(cè)試

package me.stormma.gc;
/**
 * <p>Created on 2017/4/21.</p>
 *
 * @author stormma
 *
 * @description: <p>利用逃逸分析進(jìn)行性能優(yōu)化</p>
 */
public class EscapeAnalysisTest {
  private static class Foo {
    private int x;
    private static int counter;
    public Foo() {
      x = (++counter);
    }
  }
  public static void main(String[] args) {
    long start = System.nanoTime();
    for (int i = 0; i < 1000 * 1000 * 10; ++i) {
      Foo foo = new Foo();
    }
    long end = System.nanoTime();
    System.out.println("Time cost is " + (end - start));
  }
}

使用逃逸分析優(yōu)化 JVM輸出結(jié)果( -server -XX:+DoEscapeAnalysis -XX:+PrintGC)

Time cost is 11012345

未使用逃逸分析優(yōu)化 JVM 輸出結(jié)果( -server -Xmx10m -Xms10m -XX:-DoEscapeAnalysis -XX:+PrintGC)

[GC (Allocation Failure) 33280K->408K(125952K), 0.0010344 secs]
[GC (Allocation Failure) 33688K->424K(125952K), 0.0009799 secs]
[GC (Allocation Failure) 33704K->376K(125952K), 0.0007297 secs]
[GC (Allocation Failure) 33656K->456K(159232K), 0.0014817 secs]
Time cost is 68562263

分析結(jié)果，性能優(yōu)化1/6。

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