如何理解JVM本地方法栈&堆

今天我们一起了解一下关于本地方法栈和Java堆的相关知识。

本地方法栈

本地方法栈与Java虚拟机栈发挥的作用相同，区别在于Java虚拟机栈是为虚拟机执行Java方法服务，而本地方法栈是为虚拟机执行Native方法服务。

Java堆

Java堆是虚拟机管理的最大的一块内存区域，堆主要用来存放对象的实例。Java堆主要分为：

• 新生代(Eden)
• 老年代
• Survivor(s0、s1也可以成为from、to，属于新生代)

在绝大数情况下，对象都会被分配在新生代，在经历过一次新生代回收后，如果对象还存活那么会进入s0或者s1，每经过一次新生代回收，如果对象存活那么他的年龄将会加，当对象的年龄到达一定的条件时会进入老年代。当然如果对象非常大，超出了新生代的大小，对象也有可能直接分配在老年代。

随着JIT编译器的发展以及逃逸分析技术的成熟，栈上分配、标量替换等技术使得对象分配在堆中变得不再那么绝对。

栈上分配

栈上分配是指对那些线程私有的对象可以将他们打散分散在栈上，分配在栈上的好处是随着函数调用结束对象自动销毁，不需要垃圾回收器的介入，从而提高系统的性能。

栈上分配的基础是要进行逃逸分析，逃逸分析的目的是判断对象的作用域是否可能逃出函数体。

逃逸分析只有在Server模式下才可以启动（这个作者由于本人Java环境是Server环境，没有做验证，如果有读者感兴趣，可以使用Client模式启动做一下验证然后截图留言）。参数是：

• -XX:+DoEscapeAnalysis

public class EscapeAnalysis {
    public static class User {        private int id = 1;        private String name = "xiaoming";    }
    public static void alloc() {        User u = new User();        u.id = 5;        u.name = "xiaohong";    }
    public static void main(String[] args) {        long start = System.currentTimeMillis();        for (int i = 0; i < 100000000; i++) {            alloc();        }        long end = System.currentTimeMillis();        System.out.println(end - start);    }}

执行以下命令将源码文件编译成字节码文件并且运行字节码

javac -d . EscapeAnalysis.javajava -server -Xmx10m -Xms10m -XX:-DoEscapeAnalysis -XX:+PrintGC jvm/heap/EscapeAnalysis

由于Java8默认开启了逃逸分析，所以我们用-XX:-DoEscapeAnalysis移除逃逸分析看一下效果。

 

通过上图我们发现由于对象分配在堆上，但我们指定的最大堆为10m，不够存储我们大量User对象，因此虚拟机需要不停的进行垃圾回收来释放堆空间，程序执行时间928ms。

下面我们通过-XX:-EliminateAllocations将标量替换关闭，也就是说不允许对象打散分配在栈上。

java -server -Xmx10m -Xms10m -XX:+DoEscapeAnalysis -XX:-EliminateAllocations -XX:+PrintGC jvm/heap/EscapeAnalysis

 

当我们关闭标量替换以后，会发现对象依旧不能在栈上分配。

下面让我们看一下当我们打开逃逸分析和标量替换(允许Use对象的id和name当做局部变量在栈上存储时)执行效果：

java -server -Xmx10m -Xms10m -XX:+DoEscapeAnalysis -XX:+EliminateAllocations -XX:+PrintGC jvm/heap/EscapeAnalysis

 

通过上图可以看出，我们的程序只进行了一次垃圾回收，总运行时间5ms，相比之前接近1s中的运行时间性能翻了将近200倍，可见由于栈上分配的优化，使得小对象可以直接分配在栈上，避免了垃圾回收器的介入，大幅度提高了我们程序的性能。

栈上分配需要同时开启逃逸分析和标量替换，Java8 Server模式下这两个参数都是默认开启的。