替换对象所有字段_JVM字段访问优化
只有經歷過地獄般的磨礪，才能練就創造天堂的力量；只有流過血的手指，才能彈出世間的絕響。——泰戈爾
在實際中，Java程序中的對象或許 本身就是逃逸 的，或許因為 方法內聯不夠徹底 而被即時編譯器 當成是逃逸 的，這兩種情況都將導致即時編譯器 無法進行標量替換 ，這時，針對對象字段訪問的優化顯得更為重要。
static int bar(Foo o, int x)?{
????o.a = x; return o.a;
}
1.對象o是傳入參數， 不屬于逃逸分析的范圍 (JVM中的逃逸分析針對的是 新建對象 )
2.該方法會將所傳入的int型參數x的值存儲至實例字段Foo.a中，然后再讀取并返回同一字段的值
3.這段代碼涉及 兩次 內存訪問操作：存儲和讀取實例字段Foo.a
代碼可以手工優化成如下
static int bar(Foo o, int x) {?
????o.a = x;?
????return x;?
}
即時編譯器也能作出類似的 自動優化
字段讀取優化
即時編譯器會優化 實例字段 和 靜態字段 的訪問，以 減少總的內存訪問次數
即時編譯器將 沿著控制流 ，緩存各個字段 存儲節點 將要存儲的值，或者字段 讀取節點 所得到的值
1.當即時編譯器 遇到對同一字段的讀取節點 時，如果緩存值還沒有失效，那么將讀取節點 替換 為該緩存值
2.當即時編譯器 遇到對同一字段的存儲節點 時，會 更新 所緩存的值
3.當即時編譯器遇到 可能更新 字段的節點時，它會采取 保守 的策略， 舍棄所有的緩存值
4.方法調用節點 ：在即時編譯器看來，方法調用會執行 未知代碼
5.內存屏障節點 ：其他線程可能異步更新了字段
樣例1
static int bar(Foo o, int x) {
????int y = o.a + x;
????return o.a + y;
}
實例字段Foo.a被讀取兩次，即時編譯器會將第一次讀取的值緩存起來，并且 替換 第二次的字段讀取操作，以 節省 一次內存訪問
static int bar(Foo o, int x) {?
????int t = o.a;?
????int y = t + x;?
????return t + y;?
}
樣例2
static int bar(Foo o, int x) {?
????o.a = 1;?
????if (o.a >= 0) ?return x;
????else ?return -x;?
}
字段讀取節點被替換成一個 常量 ，進一步觸發更多的優化
static int bar(Foo o, int x) {?
????o.a = 1;
????return x;?
}
樣例3
class Foo {
????boolean a;
????void bar() { ?
????????a = true; ?
????????while (a) {}?
????}?
????void whatever() {?
????a = false;?
????}?
}
即時編譯器會將while循環中讀取實例字段a的操作 直接替換為常量true
void bar() {?
????a = true;?
???while (true) {}?
}?
// 生成的機器碼將陷入這一死循環中 0x066b: mov r11,QWORD PTR [r15+0x70]?
// 安全點測試 0x066f: test DWORD PTR [r11],eax ?
// 安全點測試 0x0672: jmp 0x066b ? ??
// while (true)
1、可以通過 volatile 關鍵字標記實例字段a，以 強制 對a的讀取
2、實際上，即時編譯器將 在volatile字段訪問前后插入內存屏障節點
這些 內存屏障節點 將 阻止 即時編譯器 將屏障之前所緩存的值用于屏障之后的讀取節點之上
在X86_64平臺上，volatile字段讀取前后的內存屏障都是no-op
在 即時編譯過程中的屏障節點 ，還是會 阻止即時編譯器的字段讀取優化
強制在循環中使用 內存讀取指令 訪問實例字段Foo.a的最新值
3、同理， 加解鎖操作同樣也會阻止即時編譯器的字段讀取優化
字段存儲優化
如果一個字段先后被存儲了兩次，而且這 兩次存儲之間沒有對第一次存儲內容讀取 ，那么即時編譯器將 消除 第一個字段存儲
樣例1
class Foo {?
????int a = 0;
????void bar() {
?????????a = 1;
?????????a = 2;?
?????}?
}
即時編譯器將消除bar方法的冗余存儲
void bar() { a = 2; }
樣例2
即便在某個字段的兩個存儲操作之間讀取該字段，即時編譯器也可能在 字段讀取優化 的幫助下，將第一個存儲操作當作 冗余存儲
場景：例如兩個存儲操作之間隔著許多代碼，又或者因為 方法內聯 的原因，將兩個存儲操作納入到同一編譯單元里(如構造器中字段的初始化以及隨后的更新)
class Foo {?
????int a = 0;
????void bar() {
?????????a = 1;
?????????int t = a;
?????????a = t + 2;?
??????}?
}?
// 優化為?
class Foo {
????int a = 0;
????void bar() {
?????????a = 1;
?????????int t = 1;
?????????a = t + 2;
??????}
} // 進一步優化為?
class Foo {
????int a = 0;
????void bar() {
?????????a = 3;
?????}
}
如果所存儲的字段被標記為 volatile ，那么即時編譯器也 不能消除冗余存儲
死代碼消除
樣例1
int bar(int x, int y) {?
????int t = x*y;
????t = x+y;?
????return t;
}
沒有節點依賴于t的第一個值 x*y ，因此該乘法運算將被消除
int bar(int x, int y) {
????return x+y;
}
樣例2
int bar(boolean f, int x, int y) {
????????int t = x*y;
????????if (f) ?t = x+y;
????????return t;
}
部分程序路徑上有冗余存儲(f=true)，該路徑上的乘法運算將會被消除
int bar(boolean f, int x, int y) {
????????int t;
????????if (f) ?t = x+y;
????????else ?t = x*y;
????????return t;
}
樣例3
int bar(int x) {
????if (false) ?return x;
????else ?return -x;?
}
不可達分支指的是任何程序路徑都不可達到的分支，即時編譯器將 消除不可達分支
int bar(int x) { return -x; }
總結
今天介紹了即時編譯器關于字段訪問的優化方式，以及死代碼消除。
即時編譯器將沿著控制流緩存字段存儲、讀取的值，并在接下來的字段讀取操作時直接使用該緩存值。
這要求生成緩存值的訪問以及使用緩存值的讀取之間沒有方法調用、內存屏障，或者其他可能存儲該字段的節點。
即時編譯器還會優化冗余的字段存儲操作。如果一個字段的兩次存儲之間沒有對該字段的讀取操作、方法調用以及內存屏障，那么即時編譯器可以將第一個冗余的存儲操作給消除掉。
總結
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