JVM系列之逃逸分析

一、前言

思考：对象是否都是创建在堆中？

答案是否定的，Java对象的创建一般情况是在堆内存中，当堆内存空间不足时，就会触发GC回收，GC次数多了就会影响到程序的性能；
因此逃逸分析就是为了缓解这一问题而诞生的。

二、什么是逃逸分析

因为堆内存空间总是有限的，随着对象的积累，gc的次数会越来越频繁，这显然会影响到程序的整体性能；

逃逸分析的目的是分析新创建对象的使用范围，并决定对象是否可以分配在Java堆上；

内存逃逸现象：
当一个对象不仅在方法中被调用，还在其他地方被引用了，当这个方法结束时，gc无法就立即回收这个对象。

三、逃逸状态

1. 全局逃逸（GlobalEscape）：一个对象的作用范围逃出了当前方法或者当前线程

全局逃逸的场景：

• 一个对象的引用是复制给了一个类变量
• 存储在一个已经逃逸的对象当中
• 这个对象的引用作为方法的返回值返回给了调用方法

2. 参数逃逸（ArgEscape）：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，这种状态可以通过分析被调方法的二进制代码确定

3. 没有逃逸（NoEscape）：顾名思义，就是没有逃逸

• 开启逃逸分析（JDK1.8 默认开启）：-XX:+DoEscapeAnalysis
• 关闭逃逸分析：-XX:-DoEscapeAnalysis
• 显示分析结果:-XX:+PrintEscapeAnalysis

四、逃逸分析的作用

示例代码：

/**
 * 测试逃逸分析
 *
 * @author 小白
 * @date 2021/4/3 14:31
 */
public class Test {
  public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
    long t1 = System.currentTimeMillis();
    for (int i = 0; i < 100000000; i++) {
      getObject();
    }
    long t2 = System.currentTimeMillis();
    System.out.println(t2 - t1);
    TimeUnit.MINUTES.sleep(10);
  }

  private static void getObject() {
    Object obj = new Object();
  }
}

开启逃逸分析：

关闭逃逸分析：

分析：

开启逃逸分析时，jvm中大概产生11万左右的对象，代码耗时3ms，关闭逃逸分析时，大概产生60w左右的对象，代码耗时428ms，比较来看，看起逃逸分析是有助于虚拟机性能提升的。

1.标量替换

基础类型和对象的引用可以理解为标量(不能被进一步分解)；
对象就是聚合量，能被进一步分解。

用其成员变量（分散的标量）代替该对象整体，从而不需要连续的存储空间，就可以将对象的部分甚至全部都保存在CPU寄存器内，这就叫做标量替换。

如果一个对象没有发生逃逸，那就不用创建这个对象，虚拟机只会在栈或者寄存器上创建它会使用到的成员标量，节省了内存空间，从而提升了应用程序性能。

java -XX:+DoEscapeAnalysis -XX:+EliminateAllocations Test
代码执行时间：3 ms

java -XX:+DoEscapeAnalysis -XX:-EliminateAllocations Test
代码执行时间：415 ms

java -XX:-DoEscapeAnalysis -XX:+EliminateAllocations Test
代码执行时间：392 ms

java -XX:-DoEscapeAnalysis -XX:-EliminateAllocations Test
代码执行时间：387 ms

分析

开启和关闭标量替换对于程序性能的影响很大，同时也验证了标量替换功能生效的前提是逃逸分析已经开启，否则没有意义。

• 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

2. 锁消除

示例代码：

  private static void getObject() {
    Object obj = new Object();
    synchronized (obj) {
      obj.toString();
    }
  }

java -XX:+DoEscapeAnalysis -XX:+EliminateLocks Test
代码执行时间：4 ms

java -XX:+DoEscapeAnalysis -XX:-EliminateLocks Test
代码执行时间：388 ms

分析

开启和关闭锁消除对于程序性能的影响也是很大。

• 开启锁消除（JDK1.8 默认开启）：-XX:+EliminateLocks
• 关闭锁消除：-XX:-EliminateLocks

3.栈内存分配

将原本分配在堆内存上的对象转而分配在栈内存上，减少堆内存的占用，从而减少 GC 的次数

Oracle HotSpot 虚拟机并没有这么做

五、非逃逸分析优化

1. 锁粗化
   当连续获取同一个对象的锁时，HotSpot虚拟机会去检查多个锁区域是否能合并成一个更大的锁区域。这种聚合被称作锁粗化，它能够减少加锁和解锁的消耗。

2. 嵌套锁
   同步块可能会一个嵌套一个，进而两个块使用同一个对象的监视器锁来进行同步也是很有可能的。这种情况我们称之为嵌套锁，HotSpot虚拟机是可以识别出来并删除掉内部块中的锁的。当一个线程进入外部块时就已经获取到锁了，因此当它尝试进入内部块时，肯定也仍持有这个锁，所以这个时候删除锁是可行的。

总结

开发中尽量使用局部变量的，就不要使用在方法外定义。