前言
在实际中,java程序中的对象或许 本身就是逃逸 的,或许因为 方法内联不够彻底 而被即时编译器 当成是逃逸 的,这两种情况都将
导致即时编译器 无法进行标量替换 ,这时,针对对象字段访问的优化显得更为重要。
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static int bar(foo o, int x) { o.a = x; return o.a; } |
- 对象o是传入参数, 不属于逃逸分析的范围 (jvm中的逃逸分析针对的是 新建对象 )
- 该方法会将所传入的int型参数x的值存储至实例字段foo.a中,然后再读取并返回同一字段的值
- 这段代码涉及 两次 内存访问操作:存储和读取实例字段foo.a
- 代码可以手工优化成如下
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static int bar(foo o, int x) { o.a = x; return x; } |
即时编译器也能作出类似的 自动优化
字段读取优化
即时编译器会优化 实例字段 和 静态字段 的访问,以 减少总的内存访问次数
即时编译器将 沿着控制流 ,缓存各个字段 存储节点 将要存储的值,或者字段 读取节点 所得到的值
- 当即时编译器 遇到对同一字段的读取节点 时,如果缓存值还没有失效,那么将读取节点 替换 为该缓存值
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当即时编译器 遇到对同一字段的存储节点 时,会 更新 所缓存的值
- 当即时编译器遇到 可能更新 字段的节点时,它会采取 保守 的策略, 舍弃所有的缓存值
- 方法调用节点 :在即时编译器看来,方法调用会执行 未知代码
- 内存屏障节点 :其他线程可能异步更新了字段
样例1
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static int bar(foo o, int x) { int y = o.a + x; return o.a + y; } |
实例字段foo.a被读取两次,即时编译器会将第一次读取的值缓存起来,并且 替换 第二次的字段读取操作,以 节省 一次内存访问
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static int bar(foo o, int x) { int t = o.a; int y = t + x; return t + y; } |
样例2
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static int bar(foo o, int x) { o.a = 1 ; if (o.a >= 0 ) return x; else return -x; } |
字段读取节点被替换成一个 常量 ,进一步触发更多的优化
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static int bar(foo o, int x) { o.a = 1 ; return x; } |
样例3
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class foo { boolean a; void bar() { a = true ; while (a) {} } void whatever() { a = false ; } } |
即时编译器会将while循环中读取实例字段a的操作 直接替换为常量true
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void bar() { a = true ; while ( true ) {} } // 生成的机器码将陷入这一死循环中 0x066b : mov r11,qword ptr [r15+ 0x70 ] // 安全点测试 0x066f : test dword ptr [r11],eax // 安全点测试 0x0672 : jmp 0x066b // while (true) |
1、可以通过 volatile 关键字标记实例字段a,以 强制 对a的读取
2、实际上,即时编译器将 在volatile字段访问前后插入内存屏障节点
- 这些 内存屏障节点 将 阻止 即时编译器 将屏障之前所缓存的值用于屏障之后的读取节点之上
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在x86_64平台上,volatile字段读取前后的内存屏障都是no-op
- 在 即时编译过程中的屏障节点 ,还是会 阻止即时编译器的字段读取优化
- 强制在循环中使用 内存读取指令 访问实例字段foo.a的最新值
3、同理, 加解锁操作同样也会阻止即时编译器的字段读取优化
字段存储优化
如果一个字段先后被存储了两次,而且这 两次存储之间没有对第一次存储内容读取 ,那么即时编译器将 消除 第一个字段存储
样例1
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class foo { int a = 0 ; void bar() { a = 1 ; a = 2 ; } } |
即时编译器将消除bar方法的冗余存储
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void bar() { a = 2 ; } |
样例2
即便在某个字段的两个存储操作之间读取该字段,即时编译器也可能在 字段读取优化 的帮助下,将第一个存储操作当作 冗余存储
场景:例如两个存储操作之间隔着许多代码,又或者因为 方法内联 的原因,将两个存储操作纳入到同一编译单元里(如构造器中字段的初始化以及随后的更新)
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class foo { int a = 0 ; void bar() { a = 1 ; int t = a; a = t + 2 ; } } // 优化为 class foo { int a = 0 ; void bar() { a = 1 ; int t = 1 ; a = t + 2 ; } } // 进一步优化为 class foo { int a = 0 ; void bar() { a = 3 ; } } |
如果所存储的字段被标记为 volatile ,那么即时编译器也 不能消除冗余存储
死代码消除
样例1
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int bar( int x, int y) { int t = x*y; t = x+y; return t; } |
没有节点依赖于t的第一个值 x*y ,因此该乘法运算将被消除
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int bar( int x, int y) { return x+y; } |
样例2
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int bar( boolean f, int x, int y) { int t = x*y; if (f) t = x+y; return t; } |
部分程序路径上有冗余存储(f=true),该路径上的乘法运算将会被消除
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int bar( boolean f, int x, int y) { int t; if (f) t = x+y; else t = x*y; return t; } |
样例3
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int bar( int x) { if ( false ) return x; else return -x; } |
不可达分支指的是任何程序路径都不可达到的分支,即时编译器将 消除不可达分支
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int bar( int x) { return -x; } |
总结
以上就是这篇文章的全部内容了,希望本文的内容对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,如果有疑问大家可以留言交流,谢谢大家对服务器之家的支持。
原文链接:http://zhongmingmao.me/2019/01/06/jvm-advanced-optimization-filed-access/