逃逸分析

逃逸分析( Escape Analysis) 是目前Java虚拟机中比较前沿的优化技术, 它与类型继承关系分析一样, 并不是直接优化代码的手段, 而是为其他优化手段提供依据的分析技术。

逃逸分析的基本行为就是分析对象动态作用域: 当一个对象在方法中被定义后, 它可能被外部方法所引用, 例如作为调用参数传递到其他方法中, 称为方法逃逸。 甚至还有可能被外部线程访问到, 譬如赋值给类变量或可以在其他线程中访问的实例变量, 称为线程逃逸

如果能证明一个对象不会逃逸到方法或线程之外, 也就是别的方法或线程无法通过任何途径访问到这个对象, 则可能为这个变量进行一些高效的优化,如下所示:

  • 栈上分配( Stack Allocation):
    Java虚拟机中, 在Java堆上分配创建对象的内存空间几乎是Java程序员都清楚的常识了, Java堆中的对象对于各个线程都是共享和可见的, 只要持有这个对象的引用, 就可以访问堆中存储的对象数据。 虚拟机的垃圾收集系统可以回收堆中不再使用的对象, 但回收动作无论是筛选可回收对象, 还是回收和整理内存都需要耗费时间。如果确定一个对象不会逃逸出方法之外, 那让这个对象在栈上分配内存将会是一个很不错的主意, 对象所占用的内存空间就可以随栈帧出栈而销毁。 在一般应用中, 不会逃逸的局部对象所占的比例很大, 如果能使用栈上分配, 那大量的对象就会随着方法的结束而自动销毁了, 垃圾收集系统的压力将会小很多。

  • 同步消除( Synchronization Elimination):
    线程同步本身是一个相对耗时的过程, 如果逃逸分析能够确定一个变量不会逃逸出线程, 无法被其他线程访问, 那这个变量的读写肯定就不会有竞争, 对这个变量实施的同步措施也就可以消除掉。

  • 标量替换( Scalar Replacement) :
    标量( Scalar) 是指一个数据已经无法再分解成更小的数据来表示了, Java虚拟机中的原始数据类型( int、 long等数值类型以及reference类型等)都不能再进一步分解, 它们就可以称为标量。 相对的, 如果一个数据可以继续分解, 那它就称作聚合量( Aggregate),Java中的对象就是最典型的聚合量。 如果把一个Java对象拆散,根据程序访问的情况, 将其使用到的成员变量恢复原始类型来访问就叫做标量替换。如果逃逸分析证明一个对象不会被外部访问, 并且这个对象可以被拆散的话, 那程序真正执行的时候将可能不创建这个对象,而改为直接创建它的若干个被这个方法使用到的成员变量来代替。将对象拆分后,除了可以让对象的成员变量在栈上( 栈上存储的数据, 有很大的概率会被虚拟机分配至物理机器的高速寄存器中存储) 分配和读写之外, 还可以为后续进一步的优化手段创建条件。

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