JVM会优化未使用的字段吗

Question

在优化我的代码时，我正在尝试更多地了解 JVM，并且很好奇它是否（或更具体地以哪些方式）优化了未使用的字段？

我假设如果您在一个类中有一个从未写入或读取过的字段，则当代码运行时，该字段将不存在于该类中。假设您有一个如下所示的课程：

public class Foo {
    public final int A;
    public final float B;
    private final long[] C = new long[512];
}

并且您只使用了变量 A 和 B，那么您可能会看到初始化、维护和释放变量 C 对于本质上是垃圾数据的东西是多么浪费时间。首先，我假设 JVM 会发现这一点是正确的吗？

现在我的第二个也是更重要的例子是 JVM 是否在这里考虑继承？比如说 Foo 看起来更像这样：

public class Foo {
    public final int A;
    public final float B;
    private final long[] C = new long[512];

    public long get(int i) {
        return C[i];
    }
}

然后我假设这个类将存储在内存中的某个地方，有点像：

[答：4 | B:4 | C:1024]

所以如果我有第二堂课看起来像这样：

public class Bar extends Foo {
    public final long D;
    
    @Override public long get(int i) {
        return i * D;
    }
}

然后突然这意味着字段 C 从未使用过，因此内存中的 Bar 实例将如下所示：

[答：4 | B:4 | C:1024 | D:8 ] 或 [ A:4 | B:4 | D：8 ]

Answer 1

要证明一个字段是完全未使用的，即不仅现在未使用而且将来也未使用，仅private 和声明类未使用是不够的。字段也可以通过反射或类似方式访问。基于此构建的框架甚至可能位于不同的模块中，例如序列化在java.base 模块内部实现。

此外，在对象的垃圾收集是可观察的情况下，例如对于具有非平凡finalize() 方法或指向对象的弱引用的类，有额外的限制：

JLS §12.6.1., Implementing Finalization

可以设计优化程序的转换，将可到达的对象的数量减少到比那些天真地认为是可到达的要少。例如，Java 编译器或代码生成器可能会选择将不再使用的变量或参数设置为 null，以使此类对象的存储空间可能更快地被回收。

如果对象字段中的值存储在寄存器中，则会出现另一个例子。然后程序可能会访问寄存器而不是对象，并且永远不会再次访问对象。这意味着该对象是垃圾。请注意，仅当引用在堆栈上而不是存储在堆中时才允许进行这种优化。

本节还提供了一个禁止此类优化的示例：

class Foo {
    private final Object finalizerGuardian = new Object() {
        protected void finalize() throws Throwable {
            /* finalize outer Foo object */
        }
    }
}

规范强调，即使在其他方面完全未使用，内部对象也不能在外部对象变得无法访问之前完成。

这不适用于没有终结器的 long[] 数组，但它需要进行更多检查，同时降低了这种假设优化的多功能性。

由于 Java 的典型执行环境允许动态添加新代码，因此无法证明这种优化将保持不可观察。所以答案是，实际上并没有这样的优化可以消除类中未使用的字段。

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但是，有一种特殊情况。当优化器正在查看的代码覆盖对象的整个生命周期时，JVM 可能会优化该类的特定用例。这是由Escape Analysis 检查的。

当满足前提条件时，可能会执行Scalar Replacement，这将消除堆分配并将字段转换为等效的局部变量。一旦您的对象被分解为三个变量A、B 和C，它们将受到与局部变量相同的优化。因此，如果它们从未被读取或包含可预测的值，它们可能最终会出现在 CPU 寄存器中而不是 RAM 中或被完全消除。

在这种情况下，您不必担心继承关系。由于这种优化只适用于跨越对象整个生命周期的代码路径，它包括它的分配，因此它的确切类型是已知的。并且在对象上操作的所有方法都必须已经内联。

由于此时外部对象不再存在，消除未使用的内部对象也不会与上面引用的规范相矛盾。

因此，通常没有优化删除未使用的字段，但对于特定的 Foo 或 Bar 实例，它可能会发生。对于这些情况，即使存在可能使用该字段的方法也不会造成问题，正如优化器此时所知道的那样，它们是否在对象的生命周期内实际被调用。