逃逸分析

逃逸分析（Escape Analysis）是 Java 虚拟机（JVM）中的一项重要的优化技术，它在即时编译（JIT）阶段发挥作用。下面从逃逸分析的定义、工作原理、逃逸情况、优化手段以及优缺点几个方面来详细解释。

定义

逃逸分析是一种确定对象的作用域的静态分析算法，通过该算法可以分析在程序的哪些地方可以访问到某个对象。如果一个对象在方法内部被创建，但在方法外部也可以被访问到，那么就称这个对象发生了“逃逸”；反之，如果对象只能在方法内部被访问，就称该对象没有发生“逃逸”。

工作原理

在编译阶段，JVM 的即时编译器会对代码进行静态分析，分析对象的生命周期和访问范围。具体来说，编译器会检查对象的创建点和引用的传递路径，判断对象是否会超出方法或者线程的作用域。

逃逸情况

方法逃逸：对象在方法中被创建，然后通过方法返回值、全局变量引用等方式被外部方法访问。例如：

public class EscapeAnalysisExample {
    public static Object methodEscape() {
        // 在方法中创建对象
        Object obj = new Object();
        // 通过返回值让对象逃出该方法
        return obj;
    }
}

在这个例子中，obj 对象通过 return 语句逃出了 methodEscape 方法，发生了方法逃逸。

线程逃逸：对象不仅逃出了方法，还能被其他线程访问。例如，将对象赋值给类的静态变量或者通过同步容器共享给其他线程。

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class ThreadEscapeExample {
    private static List<Object> sharedList = new ArrayList<>();

    public static void threadEscape() {
        // 创建对象
        Object obj = new Object();
        // 将对象添加到共享列表中，使其能被其他线程访问
        sharedList.add(obj);
    }
}

这里的 obj 对象被添加到了静态列表 sharedList 中，可能会被其他线程访问，发生了线程逃逸。

优化手段

当 JVM 判断对象没有发生逃逸时，会采用以下几种优化方式：

栈上分配：一般情况下，Java 对象是在堆上分配内存的，而堆是所有线程共享的，对象的分配和回收需要进行同步操作，会有一定的性能开销。对于没有发生逃逸的对象，JVM 可以将其分配到栈上，随着方法的结束，栈上的内存会自动释放，无需进行垃圾回收，这样可以减少垃圾回收的压力，提高性能。

private static String alloc() {
    Point point = new Point();
    return point.toString();
}

标量替换：标量是指不能再分解成更小数据的数据，如基本数据类型（int、double 等）。如果一个对象没有发生逃逸，JVM 可以不创建这个对象，而是将对象的成员变量分解成一个个标量，直接在栈上分配这些标量，这样可以进一步减少内存的使用和对象创建的开销。

private static void test() {
    Point point = new Point(1, 2);
    System.out.println("point.x=" + point.getX() + "; point.y=" + point.getY());
}

同步消除：如果一个对象不会发生线程逃逸，那么对该对象的同步操作（如 synchronized 关键字）是多余的，JVM 可以在编译时将这些同步操作消除，从而提高代码的执行效率。

public void append(String str1, String str2) {
  StringBuffer stringBuffer = new StringBuffer();
  stringBuffer.append(str1).append(str2);
}

优缺点

优点

性能提升：通过栈上分配和标量替换，减少了堆内存的使用和垃圾回收的压力；同步消除则减少了同步操作的开销，从而提高了程序的运行效率。
内存节省：栈上分配和标量替换可以避免在堆上分配不必要的对象，减少了内存的占用。

缺点

分析成本：逃逸分析是一种静态分析算法，需要消耗一定的计算资源和时间。对于一些复杂的代码，分析的成本可能会比较高。
优化效果不稳定：逃逸分析的优化效果依赖于代码的结构和对象的使用方式。在某些情况下，可能无法进行有效的优化。

在 Java 中，可以通过 -XX:+DoEscapeAnalysis 参数开启逃逸分析，通过 -XX:-DoEscapeAnalysis 参数关闭逃逸分析。