[[334435]]

什么是逃逸分析

在編譯程序優化理論中，逃逸分析是一種確定指針動態范圍的方法——分析在程序的哪些地方可以訪問到指針。它涉及到指針分析和形狀分析。

當一個變量(或對象)在子程序中被分配時，一個指向變量的指針可能逃逸到其它執行線程中，或是返回到調用者子程序。如果使用尾遞歸優化(通常在函數編程語言中是需要的)，對象也可以看作逃逸到被調用的子程序中。如果一種語言支持第一類型的延續性在Scheme和Standard ML of New Jersey中同樣如此)，部分調用棧也可能發生逃逸。

如果一個子程序分配一個對象并返回一個該對象的指針，該對象可能在程序中被訪問到的地方無法確定——這樣指針就成功“逃逸”了。如果指針存儲在全局變量或者其它數據結構中，因為全局變量是可以在當前子程序之外訪問的，此時指針也發生了逃逸。

逃逸分析確定某個指針可以存儲的所有地方，以及確定能否保證指針的生命周期只在當前進程或在其它線程中。

下面我們看看Java中的逃逸分析是怎樣的?

Java的逃逸分析只發在JIT的即時編譯中，為什么不在前期的靜態編譯中就進行呢，知乎上已經有過這樣的提問。

簡單來說是可以的，但是Java的分離編譯和動態加載使得前期的靜態編譯的逃逸分析比較困難或收益較少，所以目前Java的逃逸分析只發在JIT的即時編譯中，因為收集到足夠的運行數據JVM可以更好的判斷對象是否發生了逃逸。關于JIT即時編譯可參考JVM系列之走進JIT。

JVM判斷新創建的對象是否逃逸的依據有：

一、對象被賦值給堆中對象的字段和類的靜態變量。

二、對象被傳進了不確定的代碼中去運行。

如果滿足了以上情況的任意一種，那這個對象JVM就會判定為逃逸。對于第一種情況，因為對象被放進堆中，則其它線程就可以對其進行訪問，所以對象的使用情況，編譯器就無法再進行追蹤。第二種情況相當于JVM在解析普通的字節碼的時候，如果沒有發生JIT即時編譯，編譯器是不能事先完整知道這段代碼會對對象做什么操作。保守一點，這個時候也只能把對象是當作是逃逸來處理。下面舉幾個例子

public class EscapeTest { 
 
    public static Object globalVariableObject; 
 
    public Object instanceObject; 
 
    public void globalVariableEscape(){ 
        globalVariableObject = new Object(); //靜態變量,外部線程可見,發生逃逸 
    } 
 
    public void instanceObjectEscape(){ 
        instanceObject = new Object(); //賦值給堆中實例字段,外部線程可見,發生逃逸 
    } 
     
    public Object returnObjectEscape(){ 
        return new Object();  //返回實例,外部線程可見，發生逃逸 
    } 
 
    public void noEscape(){ 
        synchronized (new Object()){ 
            //僅創建線程可見,對象無逃逸 
        } 
        Object noEscape = new Object();  //僅創建線程可見,對象無逃逸 
    } 
 
} 

基于逃逸分析的優化

當判斷出對象不發生逃逸時，編譯器可以使用逃逸分析的結果作一些代碼優化

將堆分配轉化為棧分配。如果某個對象在子程序中被分配，并且指向該對象的指針永遠不會逃逸，該對象就可以在分配在棧上，而不是在堆上。在有垃圾收集的語言中，這種優化可以降低垃圾收集器運行的頻率。

同步消除。如果發現某個對象只能從一個線程可訪問，那么在這個對象上的操作可以不需要同步。

分離對象或標量替換。如果某個對象的訪問方式不要求該對象是一個連續的內存結構，那么對象的部分(或全部)可以不存儲在內存，而是存儲在CPU寄存器中。

對于優化一將堆分配轉化為棧分配，這個優化也很好理解。下面以代碼例子說明：

虛擬機配置參數：-XX:+PrintGC -Xms5M -Xmn5M -XX:+DoEscapeAnalysis

• -XX:+DoEscapeAnalysis表示開啟逃逸分析，JDK8是默認開啟的
• -XX:+PrintGC 表示打印GC信息
• -Xms5M -Xmn5M 設置JVM內存大小是5M

public static void main(String[] args){ 
        for(int i = 0; i < 5_000_000; i++){ 
            createObject(); 
        } 
    } 
 
    public static void createObject(){ 
        new Object(); 
    } 

運行結果是沒有GC。

把虛擬機參數改成 -XX:+PrintGC -Xms5M -Xmn5M -XX:-DoEscapeAnalysis。關閉逃逸分析得到結果的部分截圖是，說明了進行了GC，并且次數還不少。

[GC (Allocation Failure)  4096K->504K(5632K), 0.0012864 secs] 
[GC (Allocation Failure)  4600K->456K(5632K), 0.0008329 secs] 
[GC (Allocation Failure)  4552K->424K(5632K), 0.0006392 secs] 
[GC (Allocation Failure)  4520K->440K(5632K), 0.0007061 secs] 
[GC (Allocation Failure)  4536K->456K(5632K), 0.0009787 secs] 
[GC (Allocation Failure)  4552K->440K(5632K), 0.0007206 secs] 
[GC (Allocation Failure)  4536K->520K(5632K), 0.0009295 secs] 
[GC (Allocation Failure)  4616K->512K(4608K), 0.0005874 secs] 

這說明了JVM在逃逸分析之后，將對象分配在了方法createObject()方法棧上。方法棧上的對象在方法執行完之后，棧楨彈出，對象就會自動回收。這樣的話就不需要等內存滿時再觸發內存回收。這樣的好處是程序內存回收效率高，并且GC頻率也會減少，程序的性能就提高了。

優化二 同步鎖消除

如果發現某個對象只能從一個線程可訪問，那么在這個對象上的操作可以不需要同步。

虛擬機配置參數：-XX:+PrintGC -Xms500M -Xmn500M -XX:+DoEscapeAnalysis。配置500M是保證不觸發GC。

public static void main(String[] args){ 
        long start = System.currentTimeMillis(); 
        for(int i = 0; i < 5_000_000; i++){ 
            createObject(); 
        } 
        System.out.println("cost = " + (System.currentTimeMillis() - start) + "ms"); 
    } 
 
    public static void createObject(){ 
        synchronized (new Object()){ 
 
        } 
    } 

運行結果

cost = 6ms 

把逃逸分析關掉：-XX:+PrintGC -Xms500M -Xmn500M -XX:-DoEscapeAnalysis

運行結果

cost = 270ms 

說明了逃逸分析把鎖消除了，并在性能上得到了很大的提升。這里說明一下Java的逃逸分析是方法級別的，因為JIT的即時編譯是方法級別。

優點三 分離對象或標量替換。

這個簡單來說就是把對象分解成一個個基本類型，并且內存分配不再是分配在堆上，而是分配在棧上。這樣的好處有，一、減少內存使用，因為不用生成對象頭。 二、程序內存回收效率高，并且GC頻率也會減少，總的來說和上面優點一的效果差不多。

OK,現在我們又知道了一件聰明的JVM在背后為我們做的事了。