深入分析JVM逃逸分析对性能的影响

逃逸分析(Escape Analysis)

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，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。

方法逃逸的几种方式如下：

public class EscapeTest {
    public static Object obj;
    public void globalVariableEscape() {  // 给全局变量赋值，发生逃逸
        obj = new Object();
    }
    public Object methodEscape() {  // 方法返回值，发生逃逸
        return new Object();
    }
    public void instanceEscape() {  // 实例引用发生逃逸
        test(this); 
    }
}

栈上分配

栈上分配就是把方法中的变量和对象分配到栈上，方法执行完后自动销毁，而不需要垃圾回收的介入，从而提高系统性能。

同步消除

线程同步本身比较耗，如果确定一个对象不会逃逸出线程，无法被其它线程访问到，那该对象的读写就不会存在竞争，对这个变量的同步措施就可以消除掉。单线程中是没有锁竞争。（锁和锁块内的对象不会逃逸出线程就可以把这个同步块取消）

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。

栈上分配深入分析

public class OnStackTest {
    public static void alloc(){
        byte[] b=new byte[2];
        b[0]=1;
    }
    public static void main(String[] args) {
        long b=System.currentTimeMillis();
        for(int i=0;i<100000000;i++){
            alloc();
        }
        long e=System.currentTimeMillis();
        System.out.println(e-b);
    }
}

-XX:+DoEscapeAnalysis开启逃逸分析（jdk1.8默认开启，其它版本未测试） -XX:-DoEscapeAnalysis 关闭逃逸分析

开启逃逸分析，执行的时间为4毫秒。如下图：

开启逃逸分析

关闭逃逸分析，执行的时间为618毫秒，并且伴随的大量的GC日志信息。如下图：

关闭逃逸分析

通过上面开启和关闭逃逸分析： 开启逃逸分析，对象没有分配在堆上，没有进行GC，而是把对象分配在栈上。 关闭逃逸分析，对象全部分配在堆上，当堆中对象存满后，进行多次GC，导致执行时间大大延长。堆上分配比栈上分配慢上百倍。

即时编译器（Just-in-time Compilation，JIT） 1、使用client编译器时，默认执行为1500次才认为是热代码； 2、使用server编译器时，默认执行为10000次才认为是热代码； 上面的例子开启逃逸分析后，并不是所有的对象都直接在栈上分配，而是通过JIT分析此代码是热代码，才进行异步编译成本地机器码，并通过逃逸分析，把对象分配到栈上。（如果是server编译器：在前10000次循环和编译成本地机器码这段时间，对象都会在堆中分配对象，编译成本地机器码后才会在栈上分配）

-XX:+EliminateAllocations开启标量替换（jdk1.8默认开启，其它版本未测试） -XX:-EliminateAllocations 关闭标量替换 标量替换基于分析逃逸基础之上，开启标量替换必须开启逃逸分析

关闭标量替换

标量替换

这次我们打开逃逸分析，并且把标量替换功能关闭，我们发现对象又分配到堆里面了，并执行了多次GC。由此可以看出java中没有实现真正意义上的栈上分配，而是通过标量替换来实现栈上分配的。

锁消除深入分析

把上面的OnStackTest代码稍微修改了下，加了一个同步块。默认数组长度大于64的是不会在栈上分配的，我们都以堆上分配为例来测试锁消除带来的影响。

public class OnStackTest {
    public static void alloc(){
        byte[] b=new byte[65];
        synchronized (b) {  //同步代码块
            b[0]=1;
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws IOException {
        long b=System.currentTimeMillis();
        for(int i=0;i<100000000;i++){
            alloc();
        }
        long e=System.currentTimeMillis();
        System.out.println(e-b);
    }
}

-XX:+EliminateLocks开启锁消除（jdk1.8默认开启，其它版本未测试） -XX:-EliminateLocks 关闭锁消除 锁消除基于分析逃逸基础之上，开启锁消除必须开启逃逸分析

开启锁消除

开启锁消除

关闭锁消除

关闭锁消除

开启锁消除执行的时间为1807毫秒 关闭锁消除执行的时间为3801毫秒 通过开启和关闭锁消除我们可以看到性能最少提升1倍以上。