面试官：Java中对象都存放在堆中吗？你知道逃逸分析？

  • 2022 年 3 月 14 日
  • 筆記

面试官：Java虚拟机的内存分为哪几个区域？

我（微笑着）：程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈、堆、方法区

面试官：对象一般存放在哪个区域？

我：堆。

面试官：对象都存放在堆中吗？

我：是的。

面试官：你了解过逃逸分析吗？

我（皱了皱眉）：是内存溢出吗？

面试官：不是的。

我（挠了挠头）：不是很了解。

面试官：今天的面试先到这，回去等消息吧！

然后就没有然后了，不甘心的我开始了查找相关资料。

逃逸分析

逃逸分析（Escape Analysis）是一种确定对象的引用动态范围的分析方法，说人话就是：分析在程序的哪些地方可以访问到对象的引用。

当一个对象在方法中被分配时，该对象的引用可能逃逸到其它执行线程中，或是返回到方法的调用者。

如果一个方法中分配一个对象并返回一个该对象的引用针，那么该对象可能被访问到的地方就无法确定，此时对象的引用就发生了“逃逸”。
如果对象的引用存储在静态变量或者其它数据结构中，因为静态变量是可以在当前方法之外访问到，此时对象的引用也发生了“逃逸”。

逃逸分析确定某个对象的引用可以被访问的所有地方，以及确定能否保证对象的引用的生命周期只在当前进程或线程中。

逃逸状态

对象的逃逸状态一般分为三种：全局逃逸、参数逃逸、没有逃逸。

全局逃逸（GlobalEscape）

对象的引用逃出了方法或者线程。比如：对象的引用赋值给了一个静态变量，或者存储在一个已经逃逸的对象中, 或者对象的引用作为方法的返回值给了调用方法。

比如饿汉的单例模式：

package one.more;

public final class GlobalEscape {

    // instance对象赋值给了一个静态变量，发生了全局逃逸
    private static GlobalEscape instance = new GlobalEscape();

    private GlobalEscape() {
    }

    public static GlobalEscape getInstance() {
        return instance;
    }
}

参数逃逸（ArgEscape）

对象被作为方法参数传递或者被参数引用，但在调用过程中不会发生全局逃逸。这个状态是通过分析被调用方法的字节码来确定的。

比如:

package one.more;

public class ArgEscape {

    class Rectangle {

        private int length;
        private int width;

        public Rectangle(int length, int width) {
            this.length = length;
            this.width = width;
        }

        public int getArea() {
            return this.length * this.width;
        }
    }

    public int getArea(int length, int width) {
        Rectangle rectangle = buildRectangle(length, width);
        return rectangle.getArea();
    }

    private Rectangle buildRectangle(int length, int width){
        Rectangle rectangle = new Rectangle(length, width);
        // rectangle对象发生了参数逃逸
        return rectangle;
    }
}

没有逃逸（NoEscape）

方法中的对象没有发生逃逸，这意味着可以不将该对象分配在堆上。

比如:

package one.more;

public class NoEscape {

    class Rectangle {

        private int length;
        private int width;

        public Rectangle(int length, int width) {
            this.length = length;
            this.width = width;
        }

        public int getArea() {
            return this.length * this.width;
        }
    }

    public int getArea(int length, int width) {
        // rectangle对象没有逃逸
        Rectangle rectangle = new Rectangle(length, width);
        return rectangle.getArea();
    }
}

逃逸分析后的优化

如果一个对象没有发生逃逸，或者只有参数逃逸，就可能为这个对象采取不同程度的优化，比如：栈上分配、标量替换、同步消除。

栈上分配（Stack Allocations）

如果一个对象不会逃逸出线程之外，那让这个对象在栈上分配内存将会是一个很不错的主意，对象所占用的内存空间就可以随栈帧出栈而销毁。
那么，对象就会随着方法的结束而自动销毁了，可以降低垃圾收集器运行的频率，垃圾收集的压力就会下降很多。

标量替换（Scalar Replacement）

标量（Scalar）是指一个无法再分解成更小的数据的数据。Java虚拟机中的基本数据类型（int、long等数值类型及reference类型等）都不能再进一步分解了，那么这些数据就可以被称为标量。相对的，如果一个数据可以继续分解，那它就被称为聚合量（Aggregate），Java中的对象就是典型的聚合量。

如果把一个Java对象拆散，根据程序访问的情况，将其用到的成员变量恢复为基本类型来访问，这个过程就称为标量替换。

如果一个对象没有发生逃逸，可以进行标量替换，那么对象的成员变量就在栈上分配和读写，不需要分配到堆中。

标量替换可以视作栈上分配的一种特例，实现更简单，但对逃逸程度的要求更高，它不允许对象没有发生逃逸。

同步消除（Synchronization Elimination）

线程同步本身是一个相对耗时的过程，如果一个对象没有逃逸出线程，无法被其他线程访问，那么该对象的读写肯定就不会有竞争，对该对象实施的同步加锁操作也就可以安全地消除掉。

总结

说了这么多，可以发现对象并不是都在堆上分配内存的。因为通过逃逸分析后，可以对没有逃逸的对象进行标量替换。

另外，由于复杂度等原因，HotSpot中目前还不支持栈上分配的优化。

最后，谢谢你这么帅，还给我点赞和关注。

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