JVM逃逸分析与标量替换

一、逃逸分析

1、定义

逃逸分析是 JVM 在即时编译阶段 执行的一种数据分析技术，它的核心目标是：分析对象的引用范围，判断一个对象的生命周期是否会 "逃出" 某个作用域。

JVM 会检查：创建的对象，是不是只在当前方法内部使用，还是会被暴露到方法外（比如返回给调用者、传给其他方法、被其他线程访问）。

2、逃逸常见场景

逃逸类型	具体场景	示例代码片段
方法逃逸	对象被返回给调用者	`return new User();`
方法逃逸	对象赋值给方法外的全局变量	`globalObj = new User();`
线程逃逸	对象被放入多线程共享的集合（如 ConcurrentHashMap）	`concurrentMap.put("key", new User());`

3、核心作用

如果 JVM 判断对象没有逃逸，就可以基于这个结论做一系列优化，比如：

栈上分配（代替堆分配）
标量替换
同步消除（比如去掉无逃逸对象的 synchronized 锁）

二、标量替换

标量替换是基于逃逸分析的核心优化手段。

标量：无法再分解的最小数据单元，比如int、long、boolean、对象引用（User）等，JVM 中对标量的操作是最基础的。
聚合量 ：可以分解成多个标量的复合数据，比如自定义的User对象（包含int id、String name）、Point对象（包含int x、int y）。

1、定义

如果逃逸分析判定一个聚合量对象没有逃逸，JVM 会将这个对象 "拆解" 成它的各个标量字段，直接在栈上分配这些标量，而不是在堆上创建整个对象 ------ 这个过程就是标量替换。

2、标量替换优化

JVM 会通过标量替换优化：

java 复制代码

public class ScalarReplacementDemo {
    // 自定义聚合量：Point对象（包含x、y两个标量）
    static class Point {
        private int x;
        private int y;
        public Point(int x, int y) {
            this.x = x;
            this.y = y;
        }
    }

    // 计算两点距离（Point对象仅在方法内使用，无逃逸）
    public static double calculateDistance() {
        // 创建Point对象（聚合量）
        Point p1 = new Point(1, 2);
        Point p2 = new Point(3, 4);
        
        // 计算距离
        double dx = p1.x - p2.x;
        double dy = p1.y - p2.y;
        return Math.sqrt(dx*dx + dy*dy);
    }

    public static void main(String[] args) {
        calculateDistance();
    }
}

优化前 ：JVM 会在堆上创建p1和p2两个 Point 对象，使用完后还需要 GC 回收。

优化后（标量替换）：JVM 不会创建 Point 对象，而是直接在栈上分配 4 个标量：

p1_x = 1、p1_y = 2
p2_x = 3、p2_y = 4然后直接用这些标量计算距离，完全省去了堆对象的创建和 GC 开销。

3、标量替换启用

JVM 中，逃逸分析和标量替换默认是开启的（JDK 1.8 及以上），如果要手动验证 / 调整，可以用以下 JVM 参数：

bash 复制代码

# 开启逃逸分析（默认开启）
-XX:+DoEscapeAnalysis
# 开启标量替换（默认开启）
-XX:+EliminateAllocations
# 打印标量替换的日志（验证优化是否生效）
-XX:+PrintEliminateAllocations

三、逃逸分析与标量替换的关联

逃逸分析是基础：核心是判断对象是否逃出方法 / 线程作用域，是标量替换的前提；
标量替换是优化手段 ：基于 "对象无逃逸" 的结论，将聚合量对象拆解为标量，栈上分配，核心价值是减少堆对象创建、降低 GC 压力；
核心收益：两者结合能显著提升程序性能，尤其是创建大量短期小对象的场景（比如循环中创建临时对象）。

四、栈上分配

1. 栈上分配（Stack Allocation）------ 优化 "目标 / 结果"

栈上分配是 JVM 的内存分配优化目标 ：把原本要在堆上分配的内存，转移到线程私有的栈上分配。

堆的特点：所有线程共享，对象分配后需要 GC（垃圾回收）清理，开销大；
栈的特点：线程私有，随方法调用入栈、方法结束出栈自动回收，无需 GC，效率极高。

但栈有一个关键局限：栈只能直接分配 "标量"（int、long、引用等最小数据单元），无法直接分配 "聚合量"（对象） ------ 因为对象是复合结构，大小 / 生命周期在编译期可能不固定，不符合栈内存 "固定大小、生命周期明确" 的分配规则。

2. 标量替换 ------ 实现目标的 "手段 / 方法"

标量替换是 JVM 为了实现 "对象的栈上分配" 而设计的核心技术手段：因为栈不能直接存对象，所以 JVM 先把无逃逸的对象（聚合量）拆解成标量，再把这些标量分配到栈上 ------ 变相实现了 "对象在栈上分配" 的效果。