逃逸分析(escape Analysis)

逃逸分析----在计算机语言编译器语言优化管理中,分析指针动态范围的方法称之为逃逸分析(通俗点讲,当一个对象的指针被多个方法或线程引用时)---我们称这个指针发生了逃逸。

 

[java]
  1. public class G {  
  2.     public static B b;  
  3.       
  4.     public void globalVariablePointerEscape(){//给全局变量赋值,发生逃逸  
  5.         b=new B();  
  6.     }  
  7.       
  8.     public B methodPointerEscape(){//方法返回值,发生逃逸  
  9.         return new B();  
  10.     }  
  11.       
  12.     public void instancePassPointerEscape(){  
  13.         methodPointerEscape().printClassName(this);//实例引用发生逃逸  
  14.     }  
  15.       
  16.       
  17. }  
  18.   
  19. class B{  
  20.     public void printClassName(G g){  
  21.         System.out.println(g.getClass().getName());  
  22.     }  

在这个例子中,一共举了3种常见的指针逃逸场景。分别是 全局变量赋值,方法返回值,实例引用传递。

 

 

逃逸分析优化JVM原理

 

我们知道java对象是在堆里分配的,在调用栈中,只保存了对象的指针。

当对象不再使用后,需要依靠GC来遍历引用树并回收内存,如果对象数量较多,将给GC带来较大压力,也间接影响了应用的性能。减少临时对象在堆内分配的数量,无疑是最有效的优化方法。

 

怎么减少临时对象在堆内的分配数量呢?不可能不实例化对象吧!

场景介绍

其实,在java应用里普遍存在一种场景。一般是在方法体内,声明了一个局部变量,且该变量在方法执行生命周期内未发生逃逸(在方法体内,未将引用暴露给外面)。

按照JVM内存分配机制,首先会在堆里创建变量类的实例,然后将返回的对象指针压入调用栈,继续执行。

这是优化前,JVM的处理方式。

 

逃逸分析优化 - 栈上分配

优化原理:分析找到未逃逸的变量,将变量类的实例化内存直接在栈里分配(无需进入堆),分配完成后,继续在调用栈内执行,最后线程结束,栈空间被回收,局部变量对象也被回收。

 

这是优化后的处理方式,对比可以看出,主要区别在栈空间直接作为临时对象的存储介质。从而减少了临时对象在堆内的分配数量。

 

逃逸分析的原理很简单,但JVM在应用过程中,还是有诸多考虑。

比如,逃逸分析不能在静态编译时进行,必须在JIT里完成。原因是,与java的动态性有冲突。因为你可以在运行时,通过动态代理改变一个类的行为,此时,逃逸分析是无法得知类已经变化了。

逃逸分析另一个重要的优化 - 同步消除

        如果你定义的类的方法上有同步锁,但在运行时,却只有一个线程在访问,此时逃逸分析后的机器码,会去掉同步锁运行。

性能测试

来自http://blog.uncommons.org/性能测试结果。

测试场景1:

生成几百万个随机数,然后做一些少量运算。

VM 参数: -server

95 秒

VM 参数: -server -XX:+DoEscapeAnalysis

73 秒

性能提高: 23%

测试场景2:

非负矩阵分解算法。

VM 参数: -server

22.6 秒

VM 参数: -server -XX:+DoEscapeAnalysis

20.8 秒

性能提升: 8%

 

JVM中启用逃逸分析 DoEscapeAnalysis

        安装jdk1.6.0_14,运行java时传递jvm参数  -XX:+DoEscapeAnalysis

        逃逸分析还能用于以下优化场景,但在JVM中未知使用。

1,标量替换(Scalar Replacement)

2,减小竞争检测范围

3,基于区域的内存分配

…...

参考资料:

http://www.cag.csail.mit.edu/~rinard/pointer_and_escape_analysis/

http://developer.amd.com/documentation/Articles/pages/01302008_jvm.aspx

http://en.wikipedia.org/wiki/Escape_analysis

http://en.wikipedia.org/wiki/Java_performance#Escape_analysis_and_lock_coarsening

http://staff.ustc.edu.cn/~yuzhang/papers/cncc07.pdf(一种实现方法,过于学术,不过引言部分写得很不错)

http://java.dzone.com/articles/escape-analysis-java-6-update

http://en.wikipedia.org/wiki/Non-negative_matrix_factorization

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