JVM进阶 -- 浅谈字段访问优化
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。
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
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
-
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
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
static int bar(Foo o, int x) {
int t = o.a;
int y = t + x;
return t + y;
}
样例2
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
static int bar(Foo o, int x) {
o.a = 1;
return x;
}
样例3
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
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)
- 可以通过 volatile 关键字标记实例字段a，以 强制 对a的读取
-
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
-
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
- 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
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
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）
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
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
int bar(int x, int y) {
return x+y;
}
样例2
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
int bar(boolean f, int x, int y) {
int t;
if (f)
t = x+y;
else
t = x*y;
return t;
}
样例3
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
int bar(int x) {
return -x;
}
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