Java的对象一定是在堆上分配的嘛？谁这么说就直接用“逃逸分析”反驳他！

程序员牛肉

发布于 2025-01-22 09:25:35

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大家好，我是程序员牛肉。

之前在和朋友聊天的时候，他突然问我什么是“逃逸分析”。说实话当时我还真不太能完整的讲出什么是逃逸分析。这玩意虽然我看八股的时候经常遇见，但之前还真没专项学习过。因此我们今天来完整的介绍一下什么是逃逸分析。

在正式的介绍逃逸分析之前，我们先来看一段代码：

package org.example;

public class Maintest {
    public static void main(String[] args) {
        while (true) {
            Integer integer = new Integer(111111111);
        }

    }
}

这段代码的逻辑很简单：就是不断的去创建一个值为111111111的integer对象。

[这里考考你们：为什么在创建intege对象的时候，我们的值要是“111111111”这种大数字，而不是随便给个1或者2？]

而这些对象都会被分配到堆中，使得堆内存很快被占满而触发GC。为了让这一过程更加明显，我们需要手动的设置一下JVM参数，使得GC过程被打印到控制台中可视化，以及通过调整堆大小的方式，使得更快的触发GC。对应的JVM参数为：

-Xmx10m -Xms10m -XX:+PrintGC -XX:-DoEscapeAnalysis

-Xmx10m 设置 JVM 堆的最大内存为 10MB。这意味着在 Java 程序运行过程中，JVM 可以使用的最大内存量为 10MB。如果程序试图分配超过这个大小的内存，可能会抛出 OutOfMemoryError 异常。
-Xms10m 设置 JVM 堆的初始内存为 10MB。JVM 启动时，堆内存会被初始化为这个大小。通常建议将 -Xms 和 -Xmx 设置为相同的值，以避免在运行时频繁调整堆内存大小，从而提高性能。
-XX:+PrintGC 这是一个 JVM 的诊断参数，开启后 JVM 会在进行垃圾回收时将相关信息打印到标准输出。这些信息有助于开发者了解垃圾回收的频率、回收的内存量等，从而对应用程序的内存使用情况进行分析和调优。
-XX:-DoEscapeAnalysis 关闭逃逸分析。逃逸分析是 JVM 的一项优化技术，它可以分析对象的作用域，判断对象是否会逃逸出方法或线程。如果对象不会逃逸，JVM 可以对其进行一些优化，如栈上分配、标量替换等。关闭此选项会禁用这些优化。

我们可以在下面的视频中观看这段代码的运行结果：

在这段代码的运行过程中，由于我们搭建了一个死循环来不断的创建对象加入到堆内存中，导致JVM的堆内存被快速挤占，频发引发GC。照着这样整，服务就离瘫痪不远了。

因此JDK 官方想到：我们可以分析对象的作用域，对于像是上述代码中integer 这种仅在 while 循环内部使用，没有被返回给调用者、存储到全局变量或传递到其他线程中的对象，就可以将 integer 对象直接分配在栈上，而不是堆上。

这样一来，当每次循环结束时，该对象所占用的栈空间会随着栈帧的弹出而自动释放，无需等待垃圾回收器来处理，大大减轻了堆内存的压力，也减少了 GC 的频率。

我们可以看一看在开启逃逸分析之后这个代码的运行情况：

[JDK6以后，逃逸分析就默认开启了。因此我们只需要在上面提到的JVM的配置参数中删除之前配置的“-XX:-DoEscapeAnalysis”就可以。]

我们可以看到在开启了逃逸分析之后，我们的integer对象并不会被频繁的创建在堆内存上，而是存储在栈空间上，随着栈帧的弹出而自动释放，无需等待垃圾回收器来处理，大大减轻了堆内存的压力，也减少了 GC 的频率。

其实通过这个实例。我们就能够大致理解什么是“逃逸分析”：

[在 Java 中，对象通常被分配在堆内存中。堆内存由垃圾回收器（GC）管理，但频繁的堆分配和垃圾回收可能会导致性能开销。逃逸分析的目的是通过分析对象的使用范围，判断对象是否需要分配到堆内存中，或者是否可以通过其他方式优化内存分配。]

当一个对象发生逃逸，在栈内存上开始分配空间的时候。JVM还会进行第二次优化：通过标量替换来拆解对象。

[标量替换是 Java 虚拟机（JVM）在逃逸分析基础上的一种优化技术。当逃逸分析确定一个对象不会逃逸出方法时，JVM 会将这个对象分解为其包含的标量成员变量，并将这些标量直接存储在栈帧或寄存器中，而不是在堆上创建对象。这样可以避免在堆上创建对象和垃圾回收的开销。]

这玩意听起来高端，说白了就是不存储对象，而是存储对象的各个字段。这些字段存储在栈上或寄存器中，访问速度更快，因为栈和寄存器的访问速度比堆快，提高了程序的执行效率。

而一个对象的逃逸不仅仅发生在方法层面，也有可能发生在线程层面。

比如下面这个代码中就发生了线程级别的逃逸：

public class Maintest {
    public void threadEscape() {
        Object object = new Object();
        new Thread(() -> {
            System.out.println(object); // 对象逃逸到其他线程
        }).start();
    }
}

而如果对象没有发生线程级别的逃逸，那么JVM就会开启同步消除技术，来消除没有必要的锁操作，例如下面的代码：

public class Maintest {
    public void threadEscape() {
        Object object = new Object();
        synchronized(object)
        {
            System.out.println(object);
        }
    }
}