一行程式碼引發的效能暴跌 10 倍

程式碼測試

import com.google.common.base.Stopwatch;
import java.util.concurrent.TimeUnit;
public class StackTest {
    public static void main(String[] args) {
        Stopwatch started = new Stopwatch();
        started.start();
        User user = null;
        for (long i = 0; i < 1000_000_000; i++) {
            user = new User();
        }
        started.stop();
        System.out.println(started.elapsed(TimeUnit.MILLISECONDS) + "ms");
        //不加列印 300ms
        //加了列印 3000ms
//        System.out.println(user);
    }
}

class User {
    private int age;
    private String userName;

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    public String getUserName() {
        return userName;
    }

    public void setUserName(String userName) {
        this.userName = userName;
    }
}

上面的一個簡單的程式碼是測試 Java 建立物件的效能，如果沒有 System.out.println(user); 輸出的時間是 300ms左右，如果加上效能是 3000ms 左右，整整慢了 10 倍左右。（具體需要時間根據電腦的設定決定）。

看似很簡單的程式碼，卻會帶來這樣的效能消耗，確實很讓人費解。為了弄清楚這個問題，我們需要討論下，java 程式碼分配的規則。

物件分配規則

在前面的部落格已經提過 Java 物件的分配過程，具體流程圖如下：

棧上分配

棧上分配是 Java 虛擬機器器提供的一項優化技術，將執行緒私有的物件打散分配在棧上，棧上分配的物件回收直接 POP 出站，不需要垃圾回收器的介入，效率很高。當然棧上分配也需要一些特殊的條件：

1. 棧空間小，對於大物件無法實現棧上分配
2. 物件不能出現逃逸（JVM 引數：-XX:+DoEscapeAnalysis）
3. 物件可以進行標量替換，即是使用欄位來表示物件（-XX:+EliminateAllocations）。

如 demo 所示，我們可以是用 age 和 username 兩個欄位來代替 User 物件。

TLAB 分配

TLAB Thread Local Allocation Buffer, 即：執行緒本地分配快取。這是一塊執行緒專用的記憶體分配區域。TLAB 佔用的是 eden 區的空間。在TLAB 啟用的情況下（預設開啟），JVM會為每一個執行緒分配一塊TLAB區域。

使用 TLAB 是為了加速物件的分配。由於物件一般分配在堆上，而堆是執行緒共用的，因此可能會有多個執行緒在堆上申請空間，而每一次的物件分配都必須執行緒同步，會使分配的效率下降。

考慮到物件分配幾乎是 Java中 最常用的操作，因此 JVM 使用了 TLAB 這樣的執行緒專有區域來避免多執行緒衝突，提高物件分配的效率。

同樣，TLAB 空間一般不會太大（佔用 eden 區），所以大物件無法進行 TLAB 分配，只能直接分配到堆上。

分配策略：

一個100KB的TLAB區域，如果已經使用了80KB，當需要分配一個30KB的物件時，TLAB是如何分配的呢？可以有兩種情況：

1. 廢棄當前的 TLAB，重新申請；
2. 將這個 30KB 的物件直接分配到堆上，保留當前 TLAB（當有小於 20KB 的物件請求 TLAB 分配時可以直接使用該 TLAB 區域）。

JVM選擇的策略是：在虛擬機器器內部維護一個叫 refill_waste 的值，當請求物件大於 refill_waste 時，會選擇在堆中分配，反之，則會廢棄當前 TLAB，新建 TLAB來分配新物件。【預設情況下，TLAB和refill_waste都是會在執行時不斷調整的，使系統的執行狀態達到最優。】

JVM引數解析

Demo 分析

通過上面的分析，可以剖析出原因了，在使用列印的時候導致了 user 物件的逃逸，所以導致在棧上分配條件不滿足，只能在堆上分配，這樣就會導致頻繁的 GC，效率低下。

如果我們再使用（-XX:+UseTLAB）關閉 TLAB分配原則，則會導致分配的速度又會降低一點（TLAB 一般會對多執行緒競爭分配的時候提升比較明顯，此處不再驗證）