我们在学习使用Java的过程中,一般认为new出来的对象都是被分配在堆上,但是这个结论不是那么的绝对,通过对Java对象分配的过程分析,可以知道有两个地方会导致Java中new出来的对象并一定分别在所认为的堆上。这两个点分别是Java中的逃逸分析和TLAB(Thread Local Allocation Buffer)。本文首先对这两者进行介绍,而后对Java对象分配过程进行介绍。
在计算机语言编译器优化原理中,逃逸分析是指分析指针动态范围的方法,它同编译器优化原理的指针分析和外形分析相关联。当变量(或者对象)在方法中分配后,其指针有可能被返回或者被全局引用,这样就会被其他过程或者线程所引用,这种现象称作指针(或者引用)的逃逸(Escape)。
Java在Java SE 6u23以及以后的版本中支持并默认开启了逃逸分析的选项。Java的 HotSpot JIT编译器,能够在方法重载或者动态加载代码的时候对代码进行逃逸分析,同时Java对象在堆上分配和内置线程的特点使得逃逸分析成Java的重要功能。
Java Hotspot编译器使用的是
Choi J D, Gupta M, Serrano M, et al. Escape analysis for Java[J]. Acm Sigplan Notices, 1999, 34(10): 1-19.
Jong-Deok Choi, Manish Gupta, Mauricio Seffano,Vugranam C. Sreedhar, Sam Midkiff等在论文《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。
绝大多数逃逸分析的实现都基于一个所谓“封闭世界(closed world)”的前提:所有可能被执行的,方法在做逃逸分析前都已经得知,并且,程序的实际运行不会改变它们之间的调用关系 。但当真实的 Java 程序运行时,这样的假设并不成立。Java 程序拥有的许多特性,例如动态类加载、调用本地函数以及反射程序调用等等,都将打破所谓“封闭世界”的约定。
不管是在“封闭世界”还是在“开放世界”,逃逸分析,作为一种算法而非编程语言的存在,吸引了国内外大量的学者对其进行研究。在这里本文就不进行学术上了论述了,有需要的可以参见谷歌学术搜索:http://www.gfsoso.com/scholar?q=Escape%20Analysis。
class Main {
public static void main(String[] args) {
example();
}
public static void example() {
Foo foo = new Foo(); //alloc
Bar bar = new Bar(); //alloc
bar.setFoo(foo);
}
}
class Foo {}
class Bar {
private Foo foo;
public void setFoo(Foo foo) {
this.foo = foo;
}
}
在这个例子当中,我们创建了两个对象,Foo对象和Bar对象,同时我们把Foo对象的应用赋值给了Bar对象的方法。此时,如果Bar对在堆上就会引起Foo对象的逃逸,但是,在本例当中,编译器通过逃逸分析,可以知道Bar对象没有逃出example()方法,因此这也意味着Foo也没有逃出example方法。因此,编译器可以将这两个对象分配到栈上。
package com.yang.test2;
/**
* Created by yangzl2008 on 2015/1/29.
*/
class EscapeAnalysis {
private static class Foo {
private int x;
private static int counter;
public Foo() {
x = (++counter);
}
}
public static void main(String[] args) {
long start = System.nanoTime();
for (int i = 0; i < 1000 * 1000 * 10; ++i) {
Foo foo = new Foo();
}
long end = System.nanoTime();
System.out.println("Time cost is " + (end - start));
}
}
设置Idea JVM运行参数:
-server -verbose:gc
开启逃逸分析设置为:
-server -verbose:gc -XX:+DoEscapeAnalysis
在未开启逃逸分析的状况下运行情况如下:
[GC 5376K->427K(63872K), 0.0006051 secs]
[GC 5803K->427K(63872K), 0.0003928 secs]
[GC 5803K->427K(63872K), 0.0003639 secs]
[GC 5803K->427K(69248K), 0.0003770 secs]
[GC 11179K->427K(69248K), 0.0003987 secs]
[GC 11179K->427K(79552K), 0.0003817 secs]
[GC 21931K->399K(79552K), 0.0004342 secs]
[GC 21903K->399K(101120K), 0.0002175 secs]
[GC 43343K->399K(101184K), 0.0001421 secs]
Time cost is 58514571
开启逃逸分析的状况下,运行情况如下:
Time cost is 10031306
未开启逃逸分析时,运行上诉代码,JVM执行了GC操作,而在开启逃逸分析情况下,JVM并没有执行GC操作。同时,操作时间上,开启逃逸分析的程序运行时间是未开启逃逸分析时间的1/5。