前言
在實際中，java程序中的對象或許 本身就是逃逸 的，或許因為 方法內聯不夠徹底 而被即時編譯器 當成是逃逸 的，這兩種情況都將
導致即時編譯器 無法進行標量替換 ，這時，針對對象字段訪問的優化顯得更為重要。
|
1
2
3
4
|
static int bar(foo o, int x) { o.a = x; return o.a;} |
- 對象o是傳入參數， 不屬于逃逸分析的范圍 （jvm中的逃逸分析針對的是 新建對象 ）
- 該方法會將所傳入的int型參數x的值存儲至實例字段foo.a中，然后再讀取并返回同一字段的值
- 這段代碼涉及 兩次 內存訪問操作：存儲和讀取實例字段foo.a
- 代碼可以手工優化成如下
|
1
2
3
4
|
static int bar(foo o, int x) { o.a = x; return x;} |
即時編譯器也能作出類似的 自動優化
字段讀取優化
即時編譯器會優化 實例字段 和 靜態字段 的訪問，以 減少總的內存訪問次數
即時編譯器將 沿著控制流 ，緩存各個字段 存儲節點 將要存儲的值，或者字段 讀取節點 所得到的值
- 當即時編譯器 遇到對同一字段的讀取節點 時，如果緩存值還沒有失效，那么將讀取節點 替換 為該緩存值
-
當即時編譯器 遇到對同一字段的存儲節點 時，會 更新 所緩存的值
- 當即時編譯器遇到 可能更新 字段的節點時，它會采取 保守 的策略， 舍棄所有的緩存值
- 方法調用節點 ：在即時編譯器看來，方法調用會執行 未知代碼
- 內存屏障節點 ：其他線程可能異步更新了字段
樣例1
|
1
2
3
4
|
static int bar(foo o, int x) { int y = o.a + x; return o.a + y;} |
實例字段foo.a被讀取兩次，即時編譯器會將第一次讀取的值緩存起來，并且 替換 第二次的字段讀取操作，以 節省 一次內存訪問
|
1
2
3
4
5
|
static int bar(foo o, int x) { int t = o.a; int y = t + x; return t + y;} |
樣例2
|
1
2
3
4
5
6
7
|
static int bar(foo o, int x) { o.a = 1; if (o.a >= 0) return x; else return -x;} |
字段讀取節點被替換成一個 常量 ，進一步觸發更多的優化
|
1
2
3
4
|
static int bar(foo o, int x) { o.a = 1; return x;} |
樣例3
|
1
2
3
4
5
6
7
8
|
class foo { boolean a; void bar() { a = true; while (a) {} } void whatever() { a = false; }} |
即時編譯器會將while循環中讀取實例字段a的操作 直接替換為常量true
|
1
2
3
4
5
6
7
8
|
void bar() { a = true; while (true) {}}// 生成的機器碼將陷入這一死循環中0x066b: mov r11,qword ptr [r15+0x70] // 安全點測試0x066f: test dword ptr [r11],eax // 安全點測試0x0672: jmp 0x066b // while (true) |
1、可以通過 volatile 關鍵字標記實例字段a，以 強制 對a的讀取
2、實際上，即時編譯器將 在volatile字段訪問前后插入內存屏障節點
- 這些 內存屏障節點 將 阻止 即時編譯器 將屏障之前所緩存的值用于屏障之后的讀取節點之上
-
在x86_64平臺上，volatile字段讀取前后的內存屏障都是no-op
- 在 即時編譯過程中的屏障節點 ，還是會 阻止即時編譯器的字段讀取優化
- 強制在循環中使用 內存讀取指令 訪問實例字段foo.a的最新值
3、同理， 加解鎖操作同樣也會阻止即時編譯器的字段讀取優化
字段存儲優化
如果一個字段先后被存儲了兩次，而且這 兩次存儲之間沒有對第一次存儲內容讀取 ，那么即時編譯器將 消除 第一個字段存儲
樣例1
|
1
2
3
4
5
6
7
|
class foo { int a = 0; void bar() { a = 1; a = 2; }} |
即時編譯器將消除bar方法的冗余存儲
|
1
2
3
|
void bar() { a = 2;} |
樣例2
即便在某個字段的兩個存儲操作之間讀取該字段，即時編譯器也可能在 字段讀取優化 的幫助下，將第一個存儲操作當作 冗余存儲
場景：例如兩個存儲操作之間隔著許多代碼，又或者因為 方法內聯 的原因，將兩個存儲操作納入到同一編譯單元里（如構造器中字段的初始化以及隨后的更新）
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
|
class foo { int a = 0; void bar() { a = 1; int t = a; a = t + 2; }}// 優化為class foo { int a = 0; void bar() { a = 1; int t = 1; a = t + 2; }}// 進一步優化為class foo { int a = 0; void bar() { a = 3; }} |
如果所存儲的字段被標記為 volatile ，那么即時編譯器也 不能消除冗余存儲
死代碼消除
樣例1
|
1
2
3
4
5
|
int bar(int x, int y) { int t = x*y; t = x+y; return t;} |
沒有節點依賴于t的第一個值 x*y ，因此該乘法運算將被消除
|
1
2
3
|
int bar(int x, int y) { return x+y;} |
樣例2
|
1
2
3
4
5
6
|
int bar(boolean f, int x, int y) { int t = x*y; if (f) t = x+y; return t;} |
部分程序路徑上有冗余存儲（f=true），該路徑上的乘法運算將會被消除
|
1
2
3
4
5
6
7
8
|
int bar(boolean f, int x, int y) { int t; if (f) t = x+y; else t = x*y; return t;} |
樣例3
|
1
2
3
4
5
6
|
int bar(int x) { if (false) return x; else return -x;} |
不可達分支指的是任何程序路徑都不可達到的分支，即時編譯器將 消除不可達分支
|
1
2
3
|
int bar(int x) { return -x;} |
總結
以上就是這篇文章的全部內容了，希望本文的內容對大家的學習或者工作具有一定的參考學習價值，如果有疑問大家可以留言交流，謝謝大家對服務器之家的支持。
原文鏈接：http://zhongmingmao.me/2019/01/06/jvm-advanced-optimization-filed-access/
