聊聊JVM逃逸分析

一、JVM的运行模式

1、解释模式（Interpreted Mode）

只使用解释器（-Xint 强制JVM使用解释模式），执行一行JVM字节码就编译一行为机器码编译模式（Compiled Mode）

2、只使用编译器（-Xcomp JVM使用编译模式）

先将所有JVM字节码一次编译为机器码，然后一次性执行所有机器码

3、混合模式（Mixed Mode）

解释模式和只使用编译器的模式都有明显的缺陷，哪能不能将两种模式整合一下呢？这就是混合模式（JVM默认使用）。

依然使用解释模式执行代码，但是对于一些 "热点" 代码采用编译模式执行，JVM一般采用混合模式执行代码

解释模式启动快，对于只需要执行部分代码，并且大多数代码只会执行一次的情况比较适合；

编译模式启动慢，但是后期执行速度快，而且比较占用内存，因为机器码的数量至少是JVM字节码的十倍以上，这种模式适合代码可能会被反复执行的场景；

混合模式是JVM默认采用的执行代码方式，一开始还是解释执行，但是对于少部分 “热点 ”代码会采用编译模式执行，这些热点代码对应的机器码会被缓存起来，下次再执行无需再编译，这就是我们常见的JIT(Just In Time Compiler)即时编译技术。

在即时编译过程中JVM可能会对我们的代码最一些优化，比如对象逃逸分析等！！！

二、JVM内存逃逸分析

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，而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。

1、方法逃逸

什么是方法逃逸呢？举个例子：在一个方法内部new一个对象，最后将这个对象返回给方法调用处。此时该对象的作用域就不是在方法内了，而是传递到了方法外部，这就叫做方法逃逸。

代码如下：

public void test(){
   // 获取到 getCustomer 方法内部创建的 customer
   final Customer customer = getCustomer();
   System.out.println(customer.getName());
}

public Customer getCustomer() {
   final Customer customer = new Customer();
   // 将该对相关传递到方法外部
   return customer;
}

2、线程逃逸

以上面那个方法逃逸的例子，如果这个创建对象的线程是线程A，但是创建后赋值给了外部变量X，恰好这个外部变量又被线程B所引用，所以此时就造成了线程逃逸。

代码如下：

public void test02() throws ExecutionException, InterruptedException {
   // 创建一个callable任务（便于获取返回值）
   final FutureTask<Customer> task = new FutureTask<>((Callable<Customer>) () -> {
      // ①、子线程创建对象
      final Customer customer = new Customer();
      System.out.println("子线程执行，并创建Customer对象： " + customer);
      // ②、将子线程方法内部创建的对象返回给主线程
      return customer;
   });
   // 执行子线程任务
   new Thread(task).start();
   // ③、主线程阻塞获取到子线程创建的对象
   final Customer result = task.get();
  	// 主线程修改从子线程获取的对象属性
		result.setName("wenpan");
   System.out.println("主线程获取到子线程的返回值：" + result);
}

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。

3、优化

如果能够确定一个对象不会发生逃逸（不会逃逸到方法或线程外），则可以对这个对象的分配进行优化！

①、栈上分配

说起对象，那你第一个想到的是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。

②、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。

public void test03() {
  Integer i = 0;
  // 这里经过分析，发现i不会逃逸出线程，不会存在竞争，所以这里的同步锁会被消除
  synchronized (this) {
    i++;
  }
}

③、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。

④、总结

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。

4、逃逸相关JVM参数

①、说明

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。

②、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。