性能优化：Java中的对象和数组都是在堆上分配的吗？

写在前面

从开始学习Java的时候，我们就接触了这样一种观点：Java中的对象是在堆上创建的，对象的引用是放在栈里的，那这个观点就真的是正确的吗？如果是正确的，那么，面试官为啥会问：“Java中的对象就一定是在堆上分配的吗？”这个问题呢？看来，我们从接触Java就被灌输的这个观点值得我们怀疑。

关于面试题

标题中的面试题为：Java中的对象和数组都是在堆上分配的吗？

面试官这样问，有些小伙伴心里会想：我从一开始学习Java时，就知道了：Java中的对象是在堆上创建的，对象的引用是存储到栈中的，那Java中的对象和数组肯定是在堆上分配的啊！难道不是吗？

如果你这样回答，就会被直接Pass掉。

或许有些小伙伴还是不太明白，那我们继续往下看。

面试题答案

首先，我们先给出这个题目的答案，这里我先简短的回答下这个面试题，后续我们会进行相关分析。

你可以这样回答：Java中的对象不一定是在堆上分配的，因为JVM通过逃逸分析，能够分析出一个新对象的使用范围，并以此确定是否要将这个对象分配到堆上。如果JVM发现某些对象没有逃逸出方法，就很有可能被优化成在栈上分配。

这里，我们接触了一个新名词：逃逸分析。相信很多小伙伴不是很明白，那我们继续往下看。

逃逸分析

逃逸分析的概念

先以官方的形式来说下什么是逃逸分析。逃逸分析就是：一种确定指针动态范围的静态分析，它可以分析在程序的哪些地方可以访问到指针。

在JVM的即时编译语境下，逃逸分析将判断新建的对象是否逃逸。即时编译判断对象是否逃逸的依据：一种是对象是否被存入堆中（静态字段或者堆中对象的实例字段），另一种就是对象是否被传入未知代码。

直接说这些概念，确实有点晕啊，那我们就来两个示例。

对象逃逸示例

一种典型的对象逃逸就是：对象被复制给成员变量或者静态变量，可能被外部使用，此时变量就发生了逃逸。

我们可以用下面的代码来表示这个现象。

/**
 * @author binghe
 * @description 对象逃逸示例1
 */ public class ObjectEscape{ private User user; public void init(){
        user = new User();
    }
}

在ObjectEscape类中，存在一个成员变量user，我们在init()方法中，创建了一个User类的对象，并将其赋值给成员变量user。此时，对象被复制给了成员变量，可能被外部使用，此时的变量就发生了逃逸。

另一种典型的场景就是：对象通过return语句返回。如果对象通过return语句返回了，此时的程序并不能确定这个对象后续会不会被使用，外部的线程可以访问到这个变量，此时对象也发生了逃逸。

我们可以用下面的代码来表示这个现象。

/**
 * @author binghe
 * @description 对象逃逸示例2
 */ public class ObjectReturn{ public User createUser(){
        User user = new User(); return user;
    }
}

给出两个示例，相信小伙伴们对JVM的逃逸分析多少有点了解了吧，没错，JVM通过逃逸分析，能够分析出新对象的使用范围，从而决定新对象是否要在堆上进行分配。

还没完，我们继续看下逃逸分析的优点，以便于小伙伴们能够更好的理解逃逸分析。

逃逸分析的优点

逃逸分析的优点总体上来说可以分为三个：对象可能分配在栈上、分离对象或标量替换、消除同步锁。我们可以使用下图来表示。

对象可能分配在栈上

JVM通过逃逸分析，分析出新对象的使用范围，就可能将对象在栈上进行分配。栈分配可以快速地在栈帧上创建和销毁对象，不用再将对象分配到堆空间，可以有效地减少 JVM 垃圾回收的压力。

分离对象或标量替换

当JVM通过逃逸分析，确定要将对象分配到栈上时，即时编译可以将对象打散，将对象替换为一个个很小的局部变量，我们将这个打散的过程叫做标量替换。将对象替换为一个个局部变量后，就可以非常方便的在栈上进行分配了。

同步锁消除

如果JVM通过逃逸分析，发现一个对象只能从一个线程被访问到，则访问这个对象时，可以不加同步锁。如果程序中使用了synchronized锁，则JVM会将synchronized锁消除。

这里，需要注意的是：这种情况针对的是synchronized锁，而对于Lock锁，则JVM并不能消除。

要开启同步消除，需要加上 -XX:+EliminateLocks 参数。因为这个参数依赖逃逸分析，所以同时要打开 -XX:+DoEscapeAnalysis 选项。

所以，并不是所有的对象和数组，都是在堆上进行分配的，由于即时编译的存在，如果JVM发现某些对象没有逃逸出方法，就很有可能被优化成在栈上分配。