在Java的編譯體系中，一個(gè)Java的源代碼文件變成計(jì)算機(jī)可執(zhí)行的機(jī)器指令的過(guò)程中，需要經(jīng)過(guò)兩段編譯，***段是把.java文件轉(zhuǎn)換成.class文件。第二段編譯是把.class轉(zhuǎn)換成機(jī)器指令的過(guò)程。

***段編譯就是javac命令。

在第二編譯階段，JVM 通過(guò)解釋字節(jié)碼將其翻譯成對(duì)應(yīng)的機(jī)器指令，逐條讀入，逐條解釋翻譯。很顯然，經(jīng)過(guò)解釋執(zhí)行，其執(zhí)行速度必然會(huì)比可執(zhí)行的二進(jìn)制字節(jié)碼程序慢很多。這就是傳統(tǒng)的JVM的解釋器（Interpreter）的功能。為了解決這種效率問(wèn)題，引入了 JIT（即時(shí)編譯） 技術(shù)。

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引入了 JIT 技術(shù)后，Java程序還是通過(guò)解釋器進(jìn)行解釋執(zhí)行，當(dāng)JVM發(fā)現(xiàn)某個(gè)方法或代碼塊運(yùn)行特別頻繁的時(shí)候，就會(huì)認(rèn)為這是“熱點(diǎn)代碼”（Hot Spot Code)。然后JIT會(huì)把部分“熱點(diǎn)代碼”翻譯成本地機(jī)器相關(guān)的機(jī)器碼，并進(jìn)行優(yōu)化，然后再把翻譯后的機(jī)器碼緩存起來(lái)，以備下次使用。

由于關(guān)于JIT編譯和熱點(diǎn)檢測(cè)的內(nèi)容，我在深入分析Java的編譯原理中已經(jīng)介紹過(guò)了，這里就不在贅述，本文主要來(lái)介紹下JIT中的優(yōu)化。JIT優(yōu)化中最重要的一個(gè)就是逃逸分析。

逃逸分析

關(guān)于逃逸分析的概念，可以參考對(duì)象并不一定都是在堆上分配內(nèi)存的一文，這里簡(jiǎn)單回顧一下：

逃逸分析的基本行為就是分析對(duì)象動(dòng)態(tài)作用域：當(dāng)一個(gè)對(duì)象在方法中被定義后，它可能被外部方法所引用，例如作為調(diào)用參數(shù)傳遞到其他地方中，稱為方法逃逸。

例如以下代碼：

public static StringBuffer craeteStringBuffer(String s1, String s2) { 
    StringBuffer sb = new StringBuffer(); 
    sb.append(s1); 
    sb.append(s2); 
    return sb; 
} 
 
public static String createStringBuffer(String s1, String s2) { 
    StringBuffer sb = new StringBuffer(); 
    sb.append(s1); 
    sb.append(s2); 
    return sb.toString(); 
} 

***段代碼中的sb就逃逸了，而第二段代碼中的sb就沒(méi)有逃逸。

使用逃逸分析，編譯器可以對(duì)代碼做如下優(yōu)化：

一、同步省略。如果一個(gè)對(duì)象被發(fā)現(xiàn)只能從一個(gè)線程被訪問(wèn)到，那么對(duì)于這個(gè)對(duì)象的操作可以不考慮同步。

二、將堆分配轉(zhuǎn)化為棧分配。如果一個(gè)對(duì)象在子程序中被分配，要使指向該對(duì)象的指針永遠(yuǎn)不會(huì)逃逸，對(duì)象可能是棧分配的候選，而不是堆分配。

三、分離對(duì)象或標(biāo)量替換。有的對(duì)象可能不需要作為一個(gè)連續(xù)的內(nèi)存結(jié)構(gòu)存在也可以被訪問(wèn)到，那么對(duì)象的部分（或全部）可以不存儲(chǔ)在內(nèi)存，而是存儲(chǔ)在CPU寄存器中。

在Java代碼運(yùn)行時(shí)，通過(guò)JVM參數(shù)可指定是否開(kāi)啟逃逸分析，

-XX:+DoEscapeAnalysis ： 表示開(kāi)啟逃逸分析

-XX:-DoEscapeAnalysis ： 表示關(guān)閉逃逸分析 從jdk 1.7開(kāi)始已經(jīng)默認(rèn)開(kāi)始逃逸分析，如需關(guān)閉，需要指定-XX:-DoEscapeAnalysis

同步省略

在動(dòng)態(tài)編譯同步塊的時(shí)候，JIT編譯器可以借助逃逸分析來(lái)判斷同步塊所使用的鎖對(duì)象是否只能夠被一個(gè)線程訪問(wèn)而沒(méi)有被發(fā)布到其他線程。

如果同步塊所使用的鎖對(duì)象通過(guò)這種分析被證實(shí)只能夠被一個(gè)線程訪問(wèn)，那么JIT編譯器在編譯這個(gè)同步塊的時(shí)候就會(huì)取消對(duì)這部分代碼的同步。這個(gè)取消同步的過(guò)程就叫同步省略，也叫鎖消除。

如以下代碼：

public void f() { 
    Object hollis = new Object(); 
    synchronized(hollis) { 
        System.out.println(hollis); 
    } 
} 

代碼中對(duì)hollis這個(gè)對(duì)象進(jìn)行加鎖，但是hollis對(duì)象的生命周期只在f()方法中，并不會(huì)被其他線程所訪問(wèn)到，所以在JIT編譯階段就會(huì)被優(yōu)化掉。優(yōu)化成：

public void f() { 
    Object hollis = new Object(); 
    System.out.println(hollis); 
} 

所以，在使用synchronized的時(shí)候，如果JIT經(jīng)過(guò)逃逸分析之后發(fā)現(xiàn)并無(wú)線程安全問(wèn)題的話，就會(huì)做鎖消除。

標(biāo)量替換

標(biāo)量（Scalar）是指一個(gè)無(wú)法再分解成更小的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)。Java中的原始數(shù)據(jù)類(lèi)型就是標(biāo)量。相對(duì)的，那些還可以分解的數(shù)據(jù)叫做聚合量（Aggregate），Java中的對(duì)象就是聚合量，因?yàn)樗梢苑纸獬善渌酆狭亢蜆?biāo)量。

在JIT階段，如果經(jīng)過(guò)逃逸分析，發(fā)現(xiàn)一個(gè)對(duì)象不會(huì)被外界訪問(wèn)的話，那么經(jīng)過(guò)JIT優(yōu)化，就會(huì)把這個(gè)對(duì)象拆解成若干個(gè)其中包含的若干個(gè)成員變量來(lái)代替。這個(gè)過(guò)程就是標(biāo)量替換。

public static void main(String[] args) { 
   alloc(); 
} 
 
private static void alloc() { 
   Point point = new Point（1,2）; 
   System.out.println("point.x="+point.x+"; point.y="+point.y); 
} 
class Point{ 
    private int x; 
    private int y; 
} 

以上代碼中，point對(duì)象并沒(méi)有逃逸出alloc方法，并且point對(duì)象是可以拆解成標(biāo)量的。那么，JIT就會(huì)不會(huì)直接創(chuàng)建Point對(duì)象，而是直接使用兩個(gè)標(biāo)量int x ，int y來(lái)替代Point對(duì)象。

以上代碼，經(jīng)過(guò)標(biāo)量替換后，就會(huì)變成：

private static void alloc() { 
   int x = 1; 
   int y = 2; 
   System.out.println("point.x="+x+"; point.y="+y); 
} 

可以看到，Point這個(gè)聚合量經(jīng)過(guò)逃逸分析后，發(fā)現(xiàn)他并沒(méi)有逃逸，就被替換成兩個(gè)聚合量了。那么標(biāo)量替換有什么好處呢？就是可以大大減少堆內(nèi)存的占用。因?yàn)橐坏┎恍枰獎(jiǎng)?chuàng)建對(duì)象了，那么就不再需要分配堆內(nèi)存了。

標(biāo)量替換為棧上分配提供了很好的基礎(chǔ)。

棧上分配

在Java虛擬機(jī)中，對(duì)象是在Java堆中分配內(nèi)存的，這是一個(gè)普遍的常識(shí)。但是，有一種特殊情況，那就是如果經(jīng)過(guò)逃逸分析后發(fā)現(xiàn)，一個(gè)對(duì)象并沒(méi)有逃逸出方法的話，那么就可能被優(yōu)化成棧上分配。這樣就無(wú)需在堆上分配內(nèi)存，也無(wú)須進(jìn)行垃圾回收了。

關(guān)于棧上分配的詳細(xì)介紹，可以參考對(duì)象并不一定都是在堆上分配內(nèi)存的

這里，還是要簡(jiǎn)單說(shuō)一下，其實(shí)在現(xiàn)有的虛擬機(jī)中，并沒(méi)有真正的實(shí)現(xiàn)棧上分配，在對(duì)象并不一定都是在堆上分配內(nèi)存的中我們的例子中，對(duì)象沒(méi)有在堆上分配，其實(shí)是標(biāo)量替換實(shí)現(xiàn)的。

逃逸分析并不成熟

關(guān)于逃逸分析的論文在1999年就已經(jīng)發(fā)表了，但直到JDK 1.6才有實(shí)現(xiàn)，而且這項(xiàng)技術(shù)到如今也并不是十分成熟的。

其根本原因就是無(wú)法保證逃逸分析的性能消耗一定能高于他的消耗。雖然經(jīng)過(guò)逃逸分析可以做標(biāo)量替換、棧上分配、和鎖消除。但是逃逸分析自身也是需要進(jìn)行一系列復(fù)雜的分析的，這其實(shí)也是一個(gè)相對(duì)耗時(shí)的過(guò)程。

一個(gè)極端的例子，就是經(jīng)過(guò)逃逸分析之后，發(fā)現(xiàn)沒(méi)有一個(gè)對(duì)象是不逃逸的。那這個(gè)逃逸分析的過(guò)程就白白浪費(fèi)掉了。

雖然這項(xiàng)技術(shù)并不十分成熟，但是他也是即時(shí)編譯器優(yōu)化技術(shù)中一個(gè)十分重要的手段。

【本文是51CTO專(zhuān)欄作者Hollis的原創(chuàng)文章，作者微信公眾號(hào)Hollis(ID：hollischuang)】

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