java公共子表达式消除_深入理解java虚拟机（19）:编译优化技术

旧城等待， 2022-11-10 10:35 169阅读 0赞

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看如下代码

package org.xiaofeiyang.classloader;

/\*\*

\* @author: yangchun

\* @description:

\* @date: Created in 2019-12-02 17:03

\*/

public class B \{

static class A\{

int value;

final int get()\{

return value;

public void foo()\{

A a=new A();

int y=a.get();

int z=a.get();

int sum = y+z;

代码优化一定是建立在中间码或者机器码的层面，第一步进行方法内联，有两个目的。第一个目的就是去掉方法调用成本，第二就是为其他优化建立良好的基础。第二步就是进行冗余访问消除，y，z的值都没有改变，就可以不用访问局部变量a

公共子表达式优化就会int z=y。第三步进行复写传播，这一个代码中没有必要用到z变量，直接y=y就行。第四部消除无用代码就可以，y=y没有意义，因此sum=y+y就可以了。

以上四步主要使用了如下技术

1)公共子表达式消除

公共子表达式消除是一个普遍应用于各种编译器的经典优化技术，它的含义是：如果是一个表达式E已经被计算过，并且从先前的计算到现在E中所有的变量值都没有发生变化，E就成为了公共子表达式。对于这种表达式，没有必要花时间再对它进行

计算，如果这种优化仅限于程序的基本块内，便称为局部公共子表达式消除，如果这种优化范围涵盖了多个基本模块，那就称为全局公共子表达式消除。

int d=(b\*c)\*12+a+(a+b\*c),未优化字节码如下

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这段代码进入虚拟机即时编译器后，编译器检查到b\*c，c\*b是一样的表达式而且计算期间b与c的值只是不变的，因此，这条表达式就可被视为：

int d=E\*12+a+(a+E)

2)数组范围检查消除

java每次数组的读写，对于大量数组操作访问的程序代码，性能开销很严重。这种运行期检查提到编译期完成的思路外，另外还有一种避免思路-隐式的异常处理如下代码

if(foo!=null)\{

return foo.value

\}else\{

throw new NullPointException()

虚拟机处理上面代码会注册一个SegmentFault信号的异常处理，这种情况不会增加异常foo判断空的额外开销，代价是如果真为空，必须从用户态转入内核态结束后再转换成用户态。当foo极少为空的情况下可以这么操作，虚拟机足够聪明

它会根据运行期收集到的Profile信息自动选择最优方案。

try\{

return foo.value

\}catch(segment\_fault)\{

uncommon\_trap()

3)方法内联

java方法解析和分派调用时候就介绍过。只有使用invokespecial指令调用的私有方法，实例构造器，父类方法，以及使用的invokestatic指令进行调用的静态方法才是在编译期进行解析。其余的方法java调用都需要在运行时方法接受者的

多态选择，简而言之java实例调用的方法默认是虚方法。为了解决虚方法内联问题，java虚拟机团队想出来了一个类型继承关系分析技术。这是一种基于整个应用程序的类型分析技术，它用于确定目前加载的类中，某个接口是否有多于一种的实现，

某个类是否存在子类，子类是否为抽象类的信息。如果遇到虚方法会向CHA查询此方法在当前版本有多少目标可以选择，如果只有一个直接进行内联，这个属于激进优化，要预留一个逃生门。如果没有加载指令可以导致继承关系发生变化的新类，

那就需要抛弃已经编译的代码，退回到解释执行的状态或者重新编译。如果有多个版本可以提供选择，使用内联缓存这是建立在目标方法正常入口之前的缓存，第一次调用缓存为空，第一次调用缓存记录下方法接收者的版本信息，并且每次进行调用

时都比较接收者版本，如果以后进来的每次方法调用接收者一致就可以走缓存，那这个内联就可以一直用下去，如果发生了方法接收者不一致的情况，就说明程序真的使用虚方法的特性，查找虚方法表进行分派，并且取消内联。

4)逃逸分析

分析对象动态作用域，当一个对象被定义后，它可能被外部方法引用。作为参数传递给外部，被称为方法逃逸，被外部线程访问到，赋值给类变量或其他线程中可以访问的变量实例被称为线程逃逸。如果一个对象不能逃逸，则可能为这个变量进行一些高效的优化

虚拟机回收机制可以回收堆对象，不可以回收栈对象，整理和回收内存都需要时间。如果确定一个对象不会逃逸，那让这个对象在栈上分配内存，对象所占空间也会随着栈帧出栈而销毁。同步消除，不能逃逸对象不需要进行同步。标量替换标量是指

一个数据已经无法分解成更小的数据表示，java虚拟机的原始数据类型。如果一个对象拆散，根据程序访问的情况，将其使用的成员变量都变成原始类型来访问，叫做标量替换。如果逃逸分析一个对象不会被外部访问到，并且可以拆分，程序真正执行的

时候将可能不会创建这个对象，改为直接创建它的若干被这个方法使用到的成员变量来替代。将对象拆分拆分后除了变量可以直接在栈上创建以外，有很大概率会被虚拟机分配到高速寄存器中存储和读写，还可以为下一步优化手段创建条件。目前

虚拟机只能使用时间压力相对比较小的来完成逃逸分析。如果有需要-XX:+DoEscapeAnalysis开启逃逸分析，参数-XX:+PrintEscapeAnalysis查看分析结果。使用-XX:+EliminateAllocations开启标量替换，-XX：+EliminateLocks开启

同步消除，-XX：+PrintEliminateAllocations查看标量替换情况。

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