JVM（Java 虛擬機）優(yōu)化手段是指在運行 Java 程序時，通過對字節(jié)碼的編譯和執(zhí)行過程進行優(yōu)化，以提升程序的性能和效率。

JVM 優(yōu)化手段主要有以下幾個：

• JIT（Just-In-Time，即時編譯）：是一種在程序運行時將部分熱點代碼編譯成機器代碼的技術，以提高程序的執(zhí)行性能的機制。
• 逃逸分析：用于確定對象動態(tài)作用域是否超過當前方法或線程，通過逃逸分析，編譯器可以決定一個對象的作用范圍，從而進行相應的優(yōu)化，但確定對象沒有逃逸時，可以進行以下優(yōu)化：

1. 棧上分配：如果編譯器可以確定一個對象不會逃逸出方法，它可以將對象分配在棧上而不是堆上。在棧上分配的對象在方法返回后就會自動銷毀，不需要進行垃圾回收，提高了程序的執(zhí)行效率。
2. 鎖消除：如果對象只在單線程中使用，那么同步鎖可能會被消除，提高程序性能。
3. 標量替換：將原本需要分配在堆上的對象拆解成若干個基礎數(shù)據(jù)類型存儲在棧上，進一步減少堆空間的使用。

• 字符串池（String Pool）優(yōu)化：JVM 通過共享字符串常量，重用字符串對象，以減少內存占用和提升字符串操作的性能。

1、JIT優(yōu)點和熱點代碼

JIT 優(yōu)點包含以下兩個：

• 性能優(yōu)化：由于編譯成本地機器代碼，程序的執(zhí)行速度通常比解釋性執(zhí)行或預編譯的代碼要快得多。
• 平臺無關性：JIT 編譯器可以根據(jù)不同的硬件平臺生成不同的機器代碼，使得相同的程序可以在不同的計算機上運行，而無需重新編寫。

什么是熱點代碼？

在 HotSpot 虛擬機中，熱點代碼（Hot Code）是指那些被頻繁執(zhí)行的代碼。熱點代碼的執(zhí)行次數(shù)在不同的 JDK 版本和不同的 JVM 中是不同的，例如，它在 JDK 21 Client 模式下為 1500 次，Server 模式下為 10000 次，這個值可以通過 JVM 參數(shù)設置。通常來說，熱點代碼的識別基于以下兩種策略：

• 方法調用次數(shù)：當一個方法被調用一定次數(shù)后，會被視為熱點代碼并觸發(fā)即時編譯。這個次數(shù)在不同 JDK 版本中可能有所變化，并且可以通過 JVM 參數(shù) -XX:CompileThreshold 進行設置。
• 回邊計數(shù)：對于循環(huán)體等熱點區(qū)域，通過統(tǒng)計從循環(huán)體返回到循環(huán)條件檢查點的次數(shù)（即回邊次數(shù)），達到一定次數(shù)也會觸發(fā)即時編譯。同樣，這個閾值也可以通過 JVM 參數(shù) -XX:OnStackReplacePercentage 進行設置?；剡呌嫈?shù)器有一個計算公式【回邊計數(shù)器閾值=方法調用計數(shù)器閾值*(OnStackReplacePercentage - InterpreterProfilePercentage)】，通過計算，在 JDK 21 Server 模式下，虛擬機回邊計數(shù)器的閾值為 10700【10000*(140-33)】。

可以使用 java -XX:+PrintFlagsFinal -version 命令查看 JVM 默認配置。

2、棧上分配 VS 標量替換

棧上分配和標量替換是編譯器的兩種優(yōu)化技術，它們雖然有一些相似之處，但并不完全相同。

• 棧上分配（Stack Allocation）：一種優(yōu)化技術，它將對象分配在棧上而不是堆上。這種技術適用于編譯器可以確定對象不會逃逸出方法，并且對象的生命周期在方法內部結束的情況。通過在棧上分配對象，可以避免在堆上進行內存分配和垃圾回收的開銷，從而提高程序的性能和內存使用效率。
• 標量替換（Scalar Replacement）：與棧上分配類似，也是一種優(yōu)化技術。它將一個復雜對象拆分成獨立的成員變量，使其成為基本類型或基本類型數(shù)組的局部變量。這種技術適用于編譯器可以確定對象的成員變量不會逃逸的情況。標量替換可以提供更細粒度的控制，使得編譯器可以對獨立的成員變量進行更精細的優(yōu)化，例如寄存器分配和代碼優(yōu)化。

也就是說棧上分配，只是將對象從堆上分配到棧上了；而標量替換是更進一步的優(yōu)化技術，將對象拆解成基本類型分配到棧上了。

（1）鎖消除代碼演示

鎖消除（Lock Elimination）也叫做同步消除，是一種編譯器優(yōu)化技術，它可以消除對于變量的不必要的鎖定操作。鎖消除的目的是減少鎖的開銷，提高程序的性能。例如以下代碼：

public void method() {
    Object lock = new Object();
    synchronized(lock){
        System.out.println("www.javacn.site");
    }
}

而鎖消除之后的代碼如下：

public void method(){
    System.out.println("www.javacn.site");
}

（2）標量替換代碼演示

未優(yōu)化前的代碼如下：

private static class Point {
    private int x;
    private int y;
}
public static void main(String[] args) {
    Point point = createPoint(10, 20);
    int sum = point.x + point.y;
    System.out.println("Sum: " + sum);
}
private static Point createPoint(int x, int y) {
    Point point = new Point();
    point.x = x;
    point.y = y;
    return point;
}

標量替換優(yōu)化后的代碼如下：

public static void main(String[] args) {
    int x = 10;
    int y = 20;
    int sum = x + y;
    System.out.println("Sum: " + sum);
}

通過逃逸分析的優(yōu)化能夠減少垃圾回收的壓力、減少內存分配和釋放帶來的性能損耗，并且有可能減少對鎖的依賴，以及實現(xiàn)標量替換等，從而整體上提升了應用程序的運行效率。