【效能優化】面試官：Java中的物件都是在堆上分配的嗎？

冰河團隊發表於2020-09-21
優化面試Java物件

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中的物件是在堆上建立的，物件的引用是放在棧裡的，那這個觀點就真的是正確的嗎？如果是正確的，那麼，面試官為啥會問：“Java中的物件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中的物件都是在堆上分配的嗎？

面試官這樣問，有些小夥伴心裡會想：我從一開始學習Java時，就知道了：Java中的物件是在堆上建立的，物件的引用是儲存到棧中的，那Java中的物件是在堆上分配的啊！難道不是嗎？

如果你這樣回答，就會被直接Pass掉。

或許有些小夥伴還是不太明白，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，這裡我先簡短的回答下這個面試題，後續我們會進行相關分析。

你可以這樣回答：Java中的物件不一定是在堆上分配的，因為JVM通過逃逸分析，能夠分析出一個新物件的使用範圍，並以此確定是否要將這個物件分配到堆上。

這裡，我們接觸了一個新名詞：逃逸分析。相信很多小夥伴不是很明白，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麼是逃逸分析。逃逸分析就是：一種確定指標動態範圍的靜態分析，它可以分析在程式的哪些地方可以訪問到指標。

在JVM的即時編譯語境下，逃逸分析將判斷新建的物件是否逃逸。即時編譯判斷物件是否逃逸的依據：一種是物件是否被存入堆中（靜態欄位或者堆中物件的例項欄位），另一種就是物件是否被傳入未知程式碼。

直接說這些概念，確實有點暈啊，那我們就來兩個示例。

物件逃逸示例

一種典型的物件逃逸就是：物件被複制給成員變數或者靜態變數，可能被外部使用，此時變數就發生了逃逸。

我們可以用下面的程式碼來表示這個現象。

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

在ObjectEscape類中，存在一個成員變數user，我們在init()方法中，建立了一個User類的物件，並將其賦值給成員變數user。此時，物件被複制給了成員變數，可能被外部使用，此時的變數就發生了逃逸。

另一種典型的場景就是：物件通過return語句返回。如果物件通過return語句返回了，此時的程式並不能確定這個物件後續會不會被使用，外部的執行緒可以訪問到這個變數，此時物件也發生了逃逸。

我們可以用下面的程式碼來表示這個現象。

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

給出兩個示例，相信小夥伴們對JVM的逃逸分析多少有點了解了吧，沒錯，JVM通過逃逸分析，能夠分析出新物件的使用範圍，從而決定新物件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，以便於小夥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：物件可能分配在棧上、分離物件或標量替換、消除同步鎖。我們可以使用下圖來表示。

物件可能分配在棧上

JVM通過逃逸分析，分析出新物件的使用範圍，就可能將物件在棧上進行分配。棧分配可以快速地在棧幀上建立和銷燬物件，不用再將物件分配到堆空間，可以有效地減少 JVM 垃圾回收的壓力。

分離物件或標量替換

當JVM通過逃逸分析，確定要將物件分配到棧上時，即時編譯可以將物件打散，將物件替換為一個個很小的區域性變數，我們將這個打散的過程叫做標量替換。將物件替換為一個個區域性變數後，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，發現一個物件只能從一個執行緒被訪問到，則訪問這個物件時，可以不加同步鎖。如果程式中使用了synchronized鎖，則JVM會將synchronized鎖消除。

這裡，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 引數。因為這個引數依賴逃逸分析，所以同時要開啟 -XX:+DoEscapeAnalysis 選項。

所以，並不是所有的物件和陣列，都是在堆上進行分配的，由於即時編譯的存在，如果JVM發現某些物件沒有逃逸出方法，就很有可能被優化成在棧上分配。

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寫在最後

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