JVM技术专题深入研究JVM内存逃逸原理分析「研究篇」

Posted 2022-11-23 浩宇の天尚

前提概要

JVM的内存分配主要在是运行时数据区(Runtime Data Areas)，而运行时数据区又分为了：方法区，堆区，PC寄存器，Java虚拟机栈(就是栈区，官方文档还是叫Java虚拟机栈)，本地方法区，内存逃逸主要是对象的动态作用域的改变而引起的，故而内存逃逸的分析就是分析对象的动态作用域。

方法逃逸

• 什么是方法逃逸呢？举个栗子，在一个方法中定义一个对象后(方法内局部的)，这个对象被外部方法引用，比如作为返回值返回传递到其他的地方，当这个方法执行结束要进行GC时，这个方法中的对象本应该被回收，却发现该对象还是存活状态没法回收，就称为方法逃逸：

上代码

public static StringBuffer getStringBuffer(String str1,String str2) 
    StringBuffer stringBuffer = new StringBuffer();
    stringBuffer.append(str1);
    stringBuffer.append(str2);
    return stringBuffer;

上面的代码中的stringBuffer虽然是方法内的局部变量，因为stringBuffer被当作返回值返回，这样stringBuffer可能被其他的方法所改变，作用域就不仅仅在本方法内啦，这样就是逃逸到了方法外部。对的，就是越狱了。

• 怎么样才能不让stringBuffer逃出方法呢？那么不直接返回stringBuffer对象不就可以了嘛！如下面的代码：

public static StringBuffer getStringBuffer(String str1,String str2) 
    StringBuffer stringBuffer = new StringBuffer();
    stringBuffer.append(str1);
    stringBuffer.append(str2);
    return stringBuffer.toString();

• 线程逃逸：上面的例子，直接将对象返回，该对象可能被外部线程访问，如：赋值给类变量等，称为线程逃逸。

总的来说就是一个对象的指针被多个方法或者线程引用时，我们就称这个对象的指针发生了逃逸。

优化：即证明一个对象不会逃逸到方法或线程外。

栈上分配：

在堆空间上进行内存分配，GC在堆空间上筛选可回收的对象，回收对象，整理内存都需要浪费时间，若能通过逃逸分析确定某些对象是一定不会逃逸出方法之外的，就可以直接让这个对象在栈上分配内存，该对象随方法的执行结束栈帧出栈而销毁，减轻了GC的压力。

同步消除：

线程同步本身比较耗时，若确定了一个变量不会逃逸出线程，无法被其他线程访问到，那这个变量的读写就不会存在竞争，这个变量的同步措施就可以清除掉。

标量替换：

• 标量：Java中的原始数据类型(int，char，long等)都不能再进一步分解，他们就可以称为标量。
• 聚合量：若一个数据可以继续分解，那就称之为聚合量，而对象就是典型的聚合量。

若逃逸分析证明一个对象不会逃逸出方法，不会被外部访问，并且这个对象是可以被分解的，那程序在真正执行的时候可能不创建这个对象，而是直接创建这个对象分解后的标量来代替。这样就无需在对对象分配空间了，只在栈上为分解出的变量分配内存即可。

All in all：

逃逸分析是比较耗时的，所以性能未必提升很多，因为其耗时性，采用的算法都是不那么准确但是时间压力相对较小的算法来完成的，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，所以HotSpot虚拟机中暂时还没有这项优化。OSR暂时未在Hotspot上执行实现。

相关的JVM参数：

-XX:+DoEscapeAnalysis 开启逃逸分析、
-XX:+PrintEscapeAnalysis 开启逃逸分析后，可通过此参数查看分析结果。

-XX:+EliminateAllocations 开启标量替换
-XX:+EliminateLocks 开启同步消除
-XX:+PrintEliminateAllocations 开启标量替换后，查看标量替换情况。