JVM-逃逸分析-31 Escape Analysis

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。

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地方中，称为方法逃逸。

例子

public static StringBuffer craeteStringBuffer(String s1, String s2) {
    StringBuffer sb = new StringBuffer();
    sb.append(s1);
    sb.append(s2);
    return sb;
}

StringBuffer sb是一个方法内部变量，上述代码中直接将sb返回，这样这个StringBuffer有可能被其他方法所改变，这样它的作用域就不只是在方法内部，虽然它是一个局部变量，称其逃逸到了方法外部。

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。

上述代码如果想要StringBuffer sb不逃出方法，可以这样写：

public static String createStringBuffer(String s1, String s2) {
    StringBuffer sb = new StringBuffer();
    sb.append(s1);
    sb.append(s2);
    return sb.toString();
}

不直接返回 StringBuffer，那么StringBuffer将不会逃逸出方法。

优化

如果能证明一个对象不会逃逸到方法或线程外，则可能为这个变量进行一些高效的优化。

1. 栈上分配

我们都知道Java中的对象都是在堆上分配的，而垃圾回收机制会回收堆中不再使用的对象，但是筛选可回收对象，回收对象还有整理内存都需要消耗时间。如果能够通过逃逸分析确定某些对象不会逃出方法之外，那就可以让这个对象在栈上分配内存，这样该对象所占用的内存空间就可以随栈帧出栈而销毁，就减轻了垃圾回收的压力。

在一般应用中，如果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。

2. 同步消除

这一块以前提到过，请参考 锁消除。

3. 标量替换

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，那它称为聚合量，Java中最典型的聚合量是对象。

如果逃逸分析证明一个对象不会被外部访问，并且这个对象是可分解的，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。

拆散后的变量便可以被单独分析与优化，可以各自分别在栈帧或寄存器上分配空间，原本的对象就无需整体分配空间了。

逃逸分析开启

在JDK 6之后支持对象的栈上分析和逃逸分析，在JDK 7中完全支持栈上分配对象。

其是否打开逃逸分析依赖于以下JVM的设置：

-XX:+DoEscapeAnalysis

逃逸分析／栈上分配的优劣分析

优势

• 消除同步

线程同步的代价是相当高的，同步的后果是降低并发性和性能。逃逸分析可以判断出某个对象是否始终只被一个线程访问，如果只被一个线程访问，那么对该对象的同步操作就可以转化成没有同步保护的操作，这样就能大大提高并发程度和性能。

• 矢量替代

逃逸分析方法如果发现对象的内存存储结构不需要连续进行的话，就可以将对象的部分甚至全部都保存在CPU寄存器内，这样能大大提高访问速度。

劣势

栈上分配受限于栈的空间大小，一般自我迭代类的需求以及大的对象空间需求操作，将导致栈的内存溢出；故只适用于一定范围之内的内存范围请求。

总结

虽然概念上的JVM总是在Java堆上为对象分配空间，但并不是说完全依照概念的描述去实现；只要最后实现处理的“可见效果”与概念中描述的一直就没问题了。

所以说，“you can cheat as long as you don’t get caught”。

Java对象在实际的JVM实现中可能在GC堆上分配空间，也可能在栈上分配空间，也可能完全就消失了。这种行为从Java源码中看不出来，也无法显式指定，只是聪明的JVM自动做的优化而已。

但是逃逸分析会有时间消耗，所以性能未必提升多少，并且由于逃逸分析比较耗时，目前的实现都是采用不那么准确但是时间压力相对较小的算法来完成逃逸分析，这就可能导致效果不稳定，要慎用。

由于HotSpot虚拟机目前的实现方法导致栈上分配实现起来比较复杂，因为在HotSpot中暂时还没有做这项优化。

参考资料

JVM中的逃逸分析

JVM的栈上分配与逃逸分析(Escape Analysis）

浅谈HotSpot逃逸分析

目录

java 内存模型入门系列教程-00