一行代码引发的性能暴跌 10 倍

付威

发布于 2021-04-07 10:16:37

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发布于 2021-04-07 10:16:37

代码测试

import com.google.common.base.Stopwatch;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class StackTest {
    public static void main(String[] args) {
        Stopwatch started = new Stopwatch();
        started.start();
        User user = null;
        for (long i = 0; i < 1000_000_000; i++) {
            user = new User();
        }
        started.stop();
        System.out.println(started.elapsed(TimeUnit.MILLISECONDS) + "ms");
        //不加打印 300ms
        //加了打印 3000ms
//        System.out.println(user);
    }
}

class User {
    private int age;
    private String userName;

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    public String getUserName() {
        return userName;
    }

    public void setUserName(String userName) {
        this.userName = userName;
    }
}

上面的一个简单的代码是测试 Java 创建对象的性能，如果没有 System.out.println(user); 输出的时间是 300ms左右，如果加上性能是 3000ms 左右，整整慢了 10 倍左右。（具体需要时间根据电脑的配置决定）。

看似很简单的代码，却会带来这样的性能消耗，确实很让人费解。为了弄清楚这个问题，我们需要讨论下，java 代码分配的规则。

对象分配规则

在前面的博客已经提过 Java 对象的分配过程，具体流程图如下：

栈上分配

栈上分配是 Java 虚拟机提供的一项优化技术，将线程私有的对象打散分配在栈上，栈上分配的对象回收直接 POP 出站，不需要垃圾回收器的介入，效率很高。当然栈上分配也需要一些特殊的条件：

栈空间小，对于大对象无法实现栈上分配
对象不能出现逃逸（JVM 参数：-XX:+DoEscapeAnalysis）
对象可以进行标量替换，即是使用字段来表示对象（-XX:+EliminateAllocations）。如 demo 所示，我们可以是用 age 和 username 两个字段来代替 User 对象。

TLAB 分配

TLAB Thread Local Allocation Buffer, 即：线程本地分配缓存。这是一块线程专用的内存分配区域。TLAB 占用的是 eden 区的空间。在TLAB 启用的情况下（默认开启），JVM会为每一个线程分配一块TLAB区域。

使用 TLAB 是为了加速对象的分配。由于对象一般分配在堆上，而堆是线程共用的，因此可能会有多个线程在堆上申请空间，而每一次的对象分配都必须线程同步，会使分配的效率下降。

考虑到对象分配几乎是 Java中最常用的操作，因此 JVM 使用了 TLAB 这样的线程专有区域来避免多线程冲突，提高对象分配的效率。

同样，TLAB 空间一般不会太大（占用 eden 区），所以大对象无法进行 TLAB 分配，只能直接分配到堆上。

分配策略：

一个100KB的TLAB区域，如果已经使用了80KB，当需要分配一个30KB的对象时，TLAB是如何分配的呢？可以有两种情况：

废弃当前的 TLAB，重新申请；
将这个 30KB 的对象直接分配到堆上，保留当前 TLAB（当有小于 20KB 的对象请求 TLAB 分配时可以直接使用该 TLAB 区域）。 JVM选择的策略是：在虚拟机内部维护一个叫 refill_waste 的值，当请求对象大于 refill_waste 时，会选择在堆中分配，反之，则会废弃当前 TLAB，新建 TLAB来分配新对象。【默认情况下，TLAB和refill_waste都是会在运行时不断调整的，使系统的运行状态达到最优。】 JVM参数解析

参数	作用	备注
-XX:+UseTLAB	启用TLAB	默认启用
-XX:TLABRefillWasteFraction	设置允许空间浪费的比例	默认值：64，即：使用1/64的TLAB空间大小作为refill_waste值
-XX:-ResizeTLAB	禁止系统自动调整TLAB大小
-XX:TLABSize	指定TLAB大小	单位：B