【GC】真实代码层面来分析内存优化（场景1）

常见代码场景

    存在下边两个方法，outMethod和innerMethod，其中outMethod方法中调用了innerMethod。

    其中bigArray特别大，占用内存10M，我们运行这个方法，会发现方法运行结束前内存一直大于10M，很容易产生溢出，那么如何优化呢？

public class EQ {

    public void outMethod() {
        int b = 2 + 3;
        System.out.println(b);
        byte[] bigArray = new byte[1024 * 1024 * 10];
        System.out.println(bigArray.length);
        int unused = 3 + 4;
        String[] ss = new String[]{"1", "2"};
        innerMethod(ss);
    }

    public void innerMethod(String[] s) {
        System.out.println(s[0]);
    }
}

先来分析下这个类中这两个方法在JVM中的内存分步情况：

1. JVM结构中，每个线程会起一个栈，而线程中运行的每个方法都会起一个栈帧存放到栈中。
2. 运行outMethod时候，会为outMethod起一个栈帧放入到栈中，栈帧中包含局部变量b,bigArray引用,unused和ss引用以及当前对象EQ的引用this，这5个引用存在于局部变量表中，局部变量表深度为5
3. bigArray数组实例和ss数组实例存在于java堆中。b和unused由于是常量，其值存在于类文件的常量池中，类文件存在于元空间中。
4. 当运行到innerMethod时候，会又新建一个栈帧，存放到栈中，该栈帧在outMethod栈帧的上方，innerMethod的栈帧中存在两个变量，this引用和s引用。局部变量表深度为2，
5. 其中s也是指向堆中的数组实例{"1","2"}

上述分析基于的是JVM的内存结构，接下里回忆一下GC相关的基本知识点：

GC root包含哪些呢？

1. 当前正在运行的栈帧
2. 元空间中被引用的静态变量和对象
3. 元空间中，常量引用的对象
4. 本地方法中，JNI引用的对象
5. Exception相关对象
6. 类加载器

JVM GC回收流程

    GC处理器会从根ROOT开始，遍历各个对象，对仍在使用的对象打上标记，然后清除掉内存中没有被标记的区域。

现在我们知道了内存中的分步情况，那么接下来分析下可以优化的点：

对于代码中bigArray的优化

    最好的回收时机就是用完就可以立即回收。而该变量定义在outMethod的栈帧中的局部变量表中，只有方法outMethod执行完后，局部变量表才可以别回收。

    但是JVM结构有一个知识点，JVM的变量槽是可以复用的，复用的原理就是：当一个变量生命周期在其作用域外，那么作用域外的变量便可以复用其变量槽。所以，这里我们可以给bigArray加一个作用域，如：

public void outMethod() {
    int b = 2 + 3;
    System.out.println(b);
    {
        byte[] bigArray = new byte[1024 * 1024 * 10];
        System.out.println(bigArray.length);
    }
    int unused = 3 + 4;
    String[] ss = new String[]{"1", "2"};
    innerMethod(ss);
}

讲解下为啥这样修改：

    当运行到 int unused = 3 + 4; 的时候，已经处于bigArray作用域外了，之后bigArray的变量槽就可以被复用了，此时unused就直接复用了bigArray的变量槽，而bigArray数组在java堆中的实例对象没有了引用，GC回收时候就可以通过遍历根ROOT，发现这些变量没有向上的根在引用，直接回收了。

我们从这个方法的字节码来进一步验证下：

• 没加大括号的字节码

• 加了大括号后的字节码

    对比是否加大括号的字节码可以看到，当没加大括号时，每一个变量都会往变量槽存储时候，store后的位置会加1，对于没加大括号的，bigArray对应变量槽的位置是2，unused对应变量槽的位置是3，局部变量表槽大小是5。如图：

    对于加了大括号，可以看到，对于变量bigArray对应的变量槽为2，unused对应槽也是2，说明运行到unused时候，复用了bigArray的变量槽，此时bigArray的引用被覆盖消失，java堆中的实例没有被root引用，从而可以被GC回收，此时局部变量表深度是4.

所以对于这种大数据占用内存的情况，我们最好定义其作用域，限制其生命周期，这样可以及时让GC回收内存。

该场景最优优化方案

    类似上述方法代码，在代码中直接加个大括号，其实写法不是很优雅，除了一些特殊情况，比如为了表示出流程思路可以这样写。其他情况还是建议直接将bigArray加大括号这部分代码抽离出一个方法。方法作为栈帧的存在，也是使用后即会出栈，该出栈后的栈帧中的变量也可以被回收。

所以优雅的写法应该是：

public void outMethod() {
        int b = 2 + 3;
        System.out.println(b);
        logBigArray();
        int unused = 3 + 4;
        String[] ss = new String[]{"1", "2"};
        innerMethod(ss);
    }

    private void logBigArray(){
        byte[] bigArray = new byte[1024 * 1024 * 10];
        System.out.println(bigArray.length);
    }

我们接着分析这个方法中的代码

    对于unused，我们可以看到，实际上这个变量并没有被用到，但是我们没有删除，放到了这里。可能我们大部分时候不会在意这种无用代码的清理，觉得放在这里，万一以后有用。

    我们看下字节码：

    会看到，即使这个变量无用，JVM也不会给它优化掉，它仍然会占用内存。所以这里又可以有优化，将无用变量和代码及时清理。

注意的是：我们代码可以混淆，混淆一般可以帮助我们去掉无用的代码，不用我们手动清理，所以混淆也可以减少内存占用，提升性能。

本篇文章，讲解的这个方法只是简单举了个例子，实际肯定不会有这么简单的代码，实际开发过程中，要注重方法的抽离。多抽离短小的方法不是什么坏事，另外无用代码的清理也要时刻进行，可以利用混淆来替代这一步。