JVM記憶體增強之逃逸分析

2022-09-18 22:00:12

概念

逃逸分析一種資料分析演演算法，基於此演演算法可以有效減少 Java 物件在堆記憶體中的分配。 Hotspot 虛擬機器器的編譯器能夠分析出一個新物件的參照範圍，然後決定是否要將這個物件分配到堆上.

當一個物件在方法中被定義後，物件只在方法內部使用，則認為沒有發生逃逸。

當一個物件在方法中被定義後，它被外部方法所參照，則認為發生逃逸。

//物件發生了逃逸,不會在棧上分配,有可能導致GC STW
public StringBuffer append(String s1, String s2) {
 StringBuffer sb = new StringBuffer();
 sb.append(s1);
sb.append(s2);
 return sb;
}
//物件未發生逃逸
public String append(String s1, String s2) {
 StringBuffer sb = new StringBuffer();
 sb.append(s1);
 sb.append(s2);
 return sb.toString();
}

建議：開發中能在方法內部應用物件的，就儘量控制在內部

逃逸分析引數設計

在 JDK 1.7 版本之後， HotSpot 中預設就已經開啟了逃逸分析，如果使用的是較早的

版本，開發人員則可以通過：

✓ 選項“ -XX:+DoEscapeAnalysis" 顯式開啟逃逸分析。

✓ 通過選項“ -XX:+PrintEscapeAnalysis" 檢視逃逸分析的篩選結果。

使用逃逸分析

編譯器可以對程式碼做如下優化

1.棧上分配：將堆分配轉化為棧分配。如果一個物件在方法內建立，要使指向該物件的參照不會發生逃逸，物件可能是棧上分配的候選

/**
* 棧上分配測試(-XX:+DoEscapeAnalysis)
* -Xmx128m -Xms128m -XX:+DoEscapeAnalysis -XX:+PrintGC
*/
public class ObjectStackAllocationTests {
 public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
 long start = System.currentTimeMillis();
 for (int i = 0; i < 10000000; i++) {
 alloc();
 }
 long end = System.currentTimeMillis();
 System.out.println("花費的時間為： " + (end - start) + " ms");
 // 為了方便檢視堆記憶體中物件個數，執行緒 sleep
 TimeUnit.MINUTES.sleep(5);
 }
 private static void alloc() {
 byte[] data = new byte[10];//未發生逃逸
 }
}

2.同步鎖消除:

我們知道執行緒同步是靠犧牲效能來保證資料的正確性，這個過程的代價會非常高。程式的並行行和效能都會降低。JVM 的 JIT 編譯器可以藉助逃逸分析來判斷同步塊所使用的鎖物件是否只能夠被一個執行緒應用？假如是，那麼 JIT 編譯器在編譯這個同步塊的時候就會取消對這部分程式碼上加的鎖。這個取消同步的過程就叫同步省略，也叫鎖消除

public class SynchronizedLockTest {
 public void lock() {
 Object obj= new Object();
 synchronized(obj) {
 System.out.println(obj);
 }
}

3.標量替換分析

所謂的標量（scalar）一般指的是一個無法再分解成更小資料的資料。例如，Java 中的原始資料型別就是標量。相對的，那些還可以分解的資料叫做聚合量（Aggregate），Java 中的物件就是聚合量，因為他可以分解成其他聚合量和標量。在 JIT 階段，如果經過逃逸分析，發現一個物件不會被外界存取的話，那麼經過 JIT 優化，就會把這個物件分解成若干個變數來代替。這個過程就是標量替換。

public class ObjectScalarReplaceTests {
 public static void main(String args[]) {
 long start = System.currentTimeMillis();
 for (int i = 0; i < 10000000; i++) {
 alloc();
 }
 long end = System.currentTimeMillis();
 System.out.println("花費的時間為： " + (end - start) + " ms");
 }
 private static void alloc() {
 Point point = new Point(1,2);
 }
 static class Point {
 private int x;
 private int y;
 public Point(int x,int y){
 this.x=x;
 this.y=y;
 }
 }
//對於上面程式碼，假如開啟了標量替換，那麼 alloc 方法的內容就會變為如下形式
private static void alloc() {
     int x=10;
     int y=20;
 }

alloc 方法內部的 Point 物件是一個聚合量，這個聚合量經過逃逸分析後，發現他並沒有逃逸，就被替換成兩個標量了。那麼標量替換有什麼好處呢？可以大大減少堆記憶體的佔用。因為一旦不需要建立物件了，那麼就不再需要分配堆記憶體了。標量替換為棧上分配提供了很好的基礎。

FAQ

1.什麼是逃逸分析？

可以有效減少 Java 物件在堆記憶體中的分配壓力和同步負載的演演算法

2.逃逸分析有什麼優勢、劣勢？

逃逸分析是需要消耗一定的效能去執行分析的，所以說如果方法中的物件全都是處於逃逸狀態，那麼就沒有起到優化的作用，從而就白白損失了這部分的效能消耗

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目錄

概念

逃逸分析引數設計

使用逃逸分析

FAQ

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