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面试问我 Java 逃逸分析,瞬间被秒杀了。。

Java技术栈
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发布于 06/14 14:20
字数 1609
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记得几年前有一次栈长去面试,问到了这么一个问题:

Java中的对象都是在堆中分配吗?说明为什么!

当时我被问得一脸蒙逼,瞬间被秒杀得体无完肤,当时我压根就不知道他在考什么知识点,难道对象不是在堆中分配吗?最后就没然后了,回去等通知了。。

这个面试题很经典,我最近也分享到了知识星球上面:

回答很精彩,大家可以加入一起搞技术,我现在将答案总结一下给大家。

什么是逃逸分析?

关于 Java 逃逸分析的定义:

逃逸分析(Escape Analysis)简单来讲就是,Java Hotspot 虚拟机可以分析新创建对象的使用范围,并决定是否在 Java 堆上分配内存的一项技术。

逃逸分析的 JVM 参数如下:

  • 开启逃逸分析:-XX:+DoEscapeAnalysis
  • 关闭逃逸分析:-XX:-DoEscapeAnalysis
  • 显示分析结果:-XX:+PrintEscapeAnalysis

逃逸分析技术在 Java SE 6u23+ 开始支持,并默认设置为启用状态,可以不用额外加这个参数。

逃逸分析算法

Java Hotspot 编译器实现下面论文中描述的逃逸算法:

[Choi99] Jong-Deok Choi, Manish Gupta, Mauricio Seffano,
          Vugranam C. Sreedhar, Sam Midkiff,
          "Escape Analysis for Java", Procedings of ACM SIGPLAN
          OOPSLA  Conference, November 1, 1999

根据 Jong-Deok Choi, Manish Gupta, Mauricio Seffano,Vugranam C. Sreedhar, Sam Midkiff 等大牛在论文《Escape Analysis for Java》中描述的算法进行逃逸分析的。

该算法引入了连通图,用连通图来构建对象和对象引用之间的可达性关系,并在次基础上,提出一种组合数据流分析法。

由于算法是上下文相关和流敏感的,并且模拟了对象任意层次的嵌套关系,所以分析精度较高,只是运行时间和内存消耗相对较大。

对象逃逸状态

我们了解了 Java 中的逃逸分析技术,再来了解下一个对象的逃逸状态。

1、全局逃逸(GlobalEscape)

即一个对象的作用范围逃出了当前方法或者当前线程,有以下几种场景:

  • 对象是一个静态变量
  • 对象是一个已经发生逃逸的对象
  • 对象作为当前方法的返回值

2、参数逃逸(ArgEscape)

即一个对象被作为方法参数传递或者被参数引用,但在调用过程中不会发生全局逃逸,这个状态是通过被调方法的字节码确定的。

3、没有逃逸

即方法中的对象没有发生逃逸。

逃逸分析优化

针对上面第三点,当一个对象没有逃逸时,可以得到以下几个虚拟机的优化。

1) 锁消除

我们知道线程同步锁是非常牺牲性能的,当编译器确定当前对象只有当前线程使用,那么就会移除该对象的同步锁。

例如,StringBuffer 和 Vector 都是用 synchronized 修饰线程安全的,但大部分情况下,它们都只是在当前线程中用到,这样编译器就会优化移除掉这些锁操作。

锁消除的 JVM 参数如下:

  • 开启锁消除:-XX:+EliminateLocks
  • 关闭锁消除:-XX:-EliminateLocks

锁消除在 JDK8 中都是默认开启的,并且锁消除都要建立在逃逸分析的基础上。

2) 标量替换

首先要明白标量和聚合量,基础类型和对象的引用可以理解为标量,它们不能被进一步分解。而能被进一步分解的量就是聚合量,比如:对象。

对象是聚合量,它又可以被进一步分解成标量,将其成员变量分解为分散的变量,这就叫做标量替换。

这样,如果一个对象没有发生逃逸,那压根就不用创建它,只会在栈或者寄存器上创建它用到的成员标量,节省了内存空间,也提升了应用程序性能。

标量替换的 JVM 参数如下:

  • 开启标量替换:-XX:+EliminateAllocations
  • 关闭标量替换:-XX:-EliminateAllocations
  • 显示标量替换详情:-XX:+PrintEliminateAllocations

标量替换同样在 JDK8 中都是默认开启的,并且都要建立在逃逸分析的基础上。

3) 栈上分配

当对象没有发生逃逸时,该对象就可以通过标量替换分解成成员标量分配在栈内存中,和方法的生命周期一致,随着栈帧出栈时销毁,减少了 GC 压力,提高了应用程序性能。

总结

逃逸分析讲完了,总结了不少时间,我们也应该大概知道逃逸分析是为了优化 JVM 内存和提升程序性能的。

我们知道这点后,在平时开发过程中就要可尽可能的控制变量的作用范围了,变量范围越小越好,让虚拟机尽可能有优化的空间。

简单举一个例子吧,如:

return sb;

可以改为:

return sb.toString();

这是一种优化案例,把 StringBuilder 变量控制在了当前方法之内,没有逃出当前方法作用域。

大家还有没有别的优化经验,欢迎分享~

参考资料:

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