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淺析JVM逃逸的原理及分析

更新時(shí)間：2018年10月09日 11:22:36 投稿：laozhang

在本篇文章里我們給大家分享了JVM逃逸的原理及分析的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容，需要的讀者們可以學(xué)習(xí)下。

我們都知道Java中的對(duì)象默認(rèn)都是分配到堆上，在調(diào)用棧中，只保存了對(duì)象的指針。當(dāng)對(duì)象不再使用后，需要依靠GC來遍歷引用樹并回收內(nèi)存。如果堆中對(duì)象數(shù)量太多，回收對(duì)象還有整理內(nèi)存，都會(huì)會(huì)帶來時(shí)間上的消耗，GC表示壓力很大，然后影響性能。所以，在我們?nèi)粘ｉ_發(fā)中，內(nèi)存，時(shí)間都是相當(dāng)?shù)膶氋F，該如何優(yōu)化堆棧開銷，是一個(gè)比較重要的問題。

在這里，我以逃逸分析角度聊聊JVM優(yōu)化的那些事兒。

為什么“逃逸”

在計(jì)算機(jī)語言編譯器優(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)化原理的指針分析和外形分析相關(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)被其他方法或者線程所引用，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（或?qū)ο螅┑奶右荩‥scape）。

網(wǎng)上有位博友這么形容逃逸，用了一段簡(jiǎn)單直接的代碼，我覺得挺直截了當(dāng)?shù)模梢怨﹨⒖迹?/p>

public StringBuilder escapeDemo1(System a, System b) {
  StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
  stringBuilder.append(a);
  stringBuilder.append(b);
  return stringBuilder;
}

stringBuilder是在方法的內(nèi)部變量，而此時(shí)它被直接返回，這樣stringBuilder就有可能被其他地方的方法或參數(shù)所改變，這樣它的作用域就不只是demo1了，雖然它是一個(gè)局部變量，但其發(fā)生了“逃逸”。

那么，我可以改一下代碼：

public String escapeDemo2(System a, System b) {
  StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
  stringBuilder.append(a);
  stringBuilder.append(b);
  return stringBuilder.toString();
}

如此，就沒有返回StringBuilder，而是toString()，那么StringBuilder沒有從方法中直接脫離，就沒有發(fā)生逃逸。

什么是逃逸分析

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。逃逸分析（Escape Analysis）算是目前Java虛擬機(jī)中比較前沿的優(yōu)化技術(shù)了。

逃逸分析的原理

Java本身的限制（對(duì)象只能分配到堆中），我可以這么理解了，為了減少臨時(shí)對(duì)象在堆內(nèi)分配的數(shù)量，我會(huì)在一個(gè)方法體內(nèi)定義一個(gè)局部變量，并且該變量在方法執(zhí)行過程中未發(fā)生逃逸，按照J(rèn)VM調(diào)優(yōu)機(jī)制，首先會(huì)在堆內(nèi)存創(chuàng)建類的實(shí)例，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。然后，我采用逃逸分析對(duì)JVM進(jìn)行優(yōu)化。即針對(duì)棧的重新分配方式，首先找出未逃逸的變量，將該變量直接存到棧里，無需進(jìn)入堆，分配完成后，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，局部變量也被回收了。如此操作，是優(yōu)化前在堆中，優(yōu)化后在棧中，從而減少了堆中對(duì)象的分配和銷毀，從而優(yōu)化性能。

逃逸的方式

方法逃逸：在一個(gè)方法體內(nèi)，定義一個(gè)局部變量，而它可能被外部方法引用，比如作為調(diào)用參數(shù)傳遞給方法，或作為對(duì)象直接返回?；蛘?，可以理解成對(duì)象跳出了方法。

線程逃逸：這個(gè)對(duì)象被其他線程訪問到，比如賦值給了實(shí)例變量，并被其他線程訪問到了。對(duì)象逃出了當(dāng)前線程。

逃逸分析的好處

如果一個(gè)對(duì)象不會(huì)在方法體內(nèi)，或線程內(nèi)發(fā)生逃逸（或者說是通過逃逸分析后，使其未能發(fā)生逃逸）

1. 棧上分配

一般情況下，不會(huì)逃逸的對(duì)象所占空間比較大，如果能使用棧上的空間，那么大量的對(duì)象將隨方法的結(jié)束而銷毀，減輕了GC壓力

2. 同步消除

如果你定義的類的方法上有同步鎖，但在運(yùn)行時(shí)，卻只有一個(gè)線程在訪問，此時(shí)逃逸分析后的機(jī)器碼，會(huì)去掉同步鎖運(yùn)行。

3. 標(biāo)量替換

Java虛擬機(jī)中的原始數(shù)據(jù)類型（int，long等數(shù)值類型以及reference類型等）都不能再進(jìn)一步分解，它們可以稱為標(biāo)量。相對(duì)的，如果一個(gè)數(shù)據(jù)可以繼續(xù)分解，那它稱為聚合量，Java中最典型的聚合量是對(duì)象。如果逃逸分析證明一個(gè)對(duì)象不會(huì)被外部訪問，并且這個(gè)對(duì)象是可分解的，那程序真正執(zhí)行的時(shí)候?qū)⒖赡懿粍?chuàng)建這個(gè)對(duì)象，而改為直接創(chuàng)建它的若干個(gè)被這個(gè)方法使用到的成員變量來代替。拆散后的變量便可以被單獨(dú)分析與優(yōu)化，可以各自分別在棧幀或寄存器上分配空間，原本的對(duì)象就無需整體分配空間了。

開啟設(shè)置

在JDK 6u23以上是默認(rèn)開啟，這里將設(shè)置重新明確一下：

強(qiáng)制開啟：　　

-server -XX:+DoEscapeAnalysis -XX:+PrintGCDetail -Xmx10m -Xms10m

關(guān)閉逃逸分析：

-server -XX:-DoEscapeAnalysis -XX:+PrintGCDetail -Xmx10m -Xms10m

寫在結(jié)尾

棧上的空間一般而言是非常小的，只能存放若干變化和小的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，無法存儲(chǔ)大容量數(shù)據(jù)。目前的實(shí)現(xiàn)都是采用不那么準(zhǔn)確但是時(shí)間壓力相對(duì)較小的算法來完成逃逸分析，這就可能導(dǎo)致效果不穩(wěn)定。所以，逃逸分析的效果只能在特定場(chǎng)景下，滿足高頻和高數(shù)量的小容量的變量分配結(jié)構(gòu)，才是合適的。

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