【性能優化】面試官:Java中的對象都是在堆上分配的嗎?


寫在前面

從開始學習Java的時候,我們就接觸了這樣一種觀點:Java中的對象是在堆上創建的,對象的引用是放在棧里的,那這個觀點就真的是正確的嗎?如果是正確的,那么,面試官為啥會問:“Java中的對象就一定是在堆上分配的嗎?”這個問題呢?看來,我們從接觸Java就被灌輸的這個觀點值得我們懷疑。

關於面試題

標題中的面試題為:Java中的對象都是在堆上分配的嗎?

面試官這樣問,有些小伙伴心里會想:我從一開始學習Java時,就知道了:Java中的對象是在堆上創建的,對象的引用是存儲到棧中的,那Java中的對象是在堆上分配的啊!難道不是嗎?

如果你這樣回答,就會被直接Pass掉。

或許有些小伙伴還是不太明白,那我們繼續往下看。

面試題答案

首先,我們先給出這個題目的答案,這里我先簡短的回答下這個面試題,后續我們會進行相關分析。

你可以這樣回答:Java中的對象不一定是在堆上分配的,因為JVM通過逃逸分析,能夠分析出一個新對象的使用范圍,並以此確定是否要將這個對象分配到堆上。

這里,我們接觸了一個新名詞:逃逸分析。相信很多小伙伴不是很明白,那我們繼續往下看。

逃逸分析

逃逸分析的概念

先以官方的形式來說下什么是逃逸分析。逃逸分析就是:一種確定指針動態范圍的靜態分析,它可以分析在程序的哪些地方可以訪問到指針。

在JVM的即時編譯語境下,逃逸分析將判斷新建的對象是否逃逸。即時編譯判斷對象是否逃逸的依據:一種是對象是否被存入堆中(靜態字段或者堆中對象的實例字段),另一種就是對象是否被傳入未知代碼。

直接說這些概念,確實有點暈啊,那我們就來兩個示例。

對象逃逸示例

一種典型的對象逃逸就是:對象被復制給成員變量或者靜態變量,可能被外部使用,此時變量就發生了逃逸。

我們可以用下面的代碼來表示這個現象。

/**
 * @author binghe
 * @description 對象逃逸示例1
 */
public class ObjectEscape{
    private User user;
    public void init(){
        user = new User();
    }
}

在ObjectEscape類中,存在一個成員變量user,我們在init()方法中,創建了一個User類的對象,並將其賦值給成員變量user。此時,對象被復制給了成員變量,可能被外部使用,此時的變量就發生了逃逸。

另一種典型的場景就是:對象通過return語句返回。如果對象通過return語句返回了,此時的程序並不能確定這個對象后續會不會被使用,外部的線程可以訪問到這個變量,此時對象也發生了逃逸。

我們可以用下面的代碼來表示這個現象。

/**
 * @author binghe
 * @description 對象逃逸示例2
 */
public class ObjectReturn{
    public User createUser(){
        User user = new User();
        return user;
    }
}

給出兩個示例,相信小伙伴們對JVM的逃逸分析多少有點了解了吧,沒錯,JVM通過逃逸分析,能夠分析出新對象的使用范圍,從而決定新對象是否要在堆上進行分配。

還沒完,我們繼續看下逃逸分析的優點,以便於小伙伴們能夠更好的理解逃逸分析。

逃逸分析的優點

逃逸分析的優點總體上來說可以分為三個:對象可能分配在棧上、分離對象或標量替換、消除同步鎖。我們可以使用下圖來表示。

對象可能分配在棧上

JVM通過逃逸分析,分析出新對象的使用范圍,就可能將對象在棧上進行分配。棧分配可以快速地在棧幀上創建和銷毀對象,不用再將對象分配到堆空間,可以有效地減少 JVM 垃圾回收的壓力。

分離對象或標量替換

當JVM通過逃逸分析,確定要將對象分配到棧上時,即時編譯可以將對象打散,將對象替換為一個個很小的局部變量,我們將這個打散的過程叫做標量替換。將對象替換為一個個局部變量后,就可以非常方便的在棧上進行分配了。

同步鎖消除

如果JVM通過逃逸分析,發現一個對象只能從一個線程被訪問到,則訪問這個對象時,可以不加同步鎖。如果程序中使用了synchronized鎖,則JVM會將synchronized鎖消除。

這里,需要注意的是:這種情況針對的是synchronized鎖,而對於Lock鎖,則JVM並不能消除。

要開啟同步消除,需要加上 -XX:+EliminateLocks 參數。因為這個參數依賴逃逸分析,所以同時要打開 -XX:+DoEscapeAnalysis 選項。

所以,並不是所有的對象和數組,都是在堆上進行分配的,由於即時編譯的存在,如果JVM發現某些對象沒有逃逸出方法,就很有可能被優化成在棧上分配。

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寫在最后

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