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https://jjug.doorkeeper.jp/events/23636

感想

  • javap と仲良くなろうと思った
  • 基本のGCのアルゴリズムが理解できた。すごくスッキリ分かってしまった
  • 「パージェクトJava」読み終えたぐらいのレベル感（つまり僕）の人にちょうどいい感じだった
  • USTに甘えず来てよかった
  • マカロンは積むもの

桜庭さん@skrb

  • Javaのプログラムが実際どうやって動くのかというお話
  • アジェンダ
    • JVMとは
    • mainを実行するまで
    • どうやって実行するか（バイトコード）
  • Javaチャンピオン、日本で一人
  • サイト「Java in the Box」
    • Java SE
    • このプレゼンもJavaFXでつくっています！
  • サイト「ごちそうフォト」
    • 最近１位になった（称号：スイーツ王）

一部

JVM

  • VirtualMachine
    • ソフトウェア仮想マシン
    • VM（Write Once Run Anywhere）
      • OSによらない。OSの差異を吸収
  • Java Virtual Machine
    • javac → クラスファイル。クラスファイルの中にバイトコード
    • バイトコードを解釈して実行
    • 基本、インタープリタ（１行ずつ実行）　⇔　Cなどのコンパイル言語
    • 実行時コンパイルで速くする（JIT）
    • 今日はJITはやらない、インタープリタだけ
  • 今日のサンプルコード
    • 今日のJavaのコードはこれだけ
    • main()と、add()のメソッドがあるだけ
  • コンパイル：　.java → javac → .class
    • .java
      • クラス、フィールド、メソッド　定義が入ってる
    • .class
      • クラス定義、フィールド定義、バイトコード（メソッド）、定数プール（文字列、リテラル）、属性（その他雑多。Genericsの型パラメータなど。Javaのバージョンによって解釈可能・不可能がある。解釈できないと無視する）
  • javap
    • バイトコードの逆アセンブル
    • オプション
      • -p プライベートメソッドも含める
      • -v バイトコード、定数プールも含める
    • 書籍「Java仮想マシン仕様」　バイトコードの読み方
    • Wikipediaにもバイトコードのよみかた載ってる

mainを実行するまで

  • java コマンドを叩くと...
    • JVM起動→クラスロード→リンク（.classの準備）→初期化→main実行
    • JVM起動
      • JNI_CreateJavaVM() ←JVMを起動できる
    • クラスロード
      • Class ファイルの読みこみ、使用するものを芋づるでロード（親クラスとか、利用しているものとか）
      • さっきのサンプルコードでも、200個位クラス読み込む
      • なにが読み込まれているか確認
        • java -verbose:class Test
        • rt.jar（超巨大）←java9から分割する？
    • リンク
      • classファイルが正しいかどうかチェック（改ざん、悪意のあるコード）
      • static フィールドの初期化（※コードの実行はしない。オブジェクトはnullが入る、基本型は基本型のデフォルトが入る？）
      • クラス間の関係を解決（resolution）
      • ここで実行できる準備がととのった！
    • 初期化
      • Staticフィールドの初期化（今度はコードの実行をする。final変数とかでもココで初めて値が入る）
      • static イニシャライザの実行
    • main()
      • 実行
public class Hoge
    static {
        //ここ
    } 
}
  • Java Puzzle: Anniversary
    • static final でもおかしな値が入る事がある

バイトコードの実行

  • コレクションのいろいろ
    • 1:Queue
    • 2:Deque （両側から出せる）
    • 3:Stack　（片側からしかだせない）
    • 4:Ring Buffer（終わりがない）
      • Javaにはない
    • 5:Map
    • 6:Linked List
    • Javaの実装いろいろ

  • 今日のお話のメインは Stack

    • Last In Fisrt Out（LIFO）
    • 途中要素へのアクセスNG

  • 実行形式

    • ☆ StackMachine
      • Java VM
      • PostScript
      • .NET Framework CLR
      • ☆ VMは StachMachine が書きやすい
    • ☆ RegisterMachine
      • メモリを事前に準備
      • ☆ IntelCore, ARM Cortex

  • 逆ポーランド記法

    • カッコがなくてイイ！
    • StackMachineと相性がいい
      • 中間の状態をStackにとっておく！

  • ワーキングメモリ

    • スレッドごとにスタックがある（Java Stack）
    • スタック
      • PC（プログラム・カウンタ）
      • フレームを積み重ねる
      • 再帰で見たことのある、スタックオーバーフロー
      • フレームの中に更にスタックがある
        • Operand Stack（計算領域？）
        • Local Variable（ローカル変数）
        • Heapへの参照をもってる

  • バイトコード（フレーム内の話）

    • load : ローカル変数からの読み出し
    • store : ローカル変数に入れる
    • フレームスタックの0番目にはthisが入る（インスタンスメソッドの実行）

  • JVM編まとめ＆質問

    • OracleとEclipseのjavacの出力物はちょっとちがう
    • VMの動作はベンダーによってちょっと違う、例えばIBM（一応仕様通りには作られているはず）
    • OracleJDKとOpenJDKの関係、コードベースは同じ。Oracleの方がツールが多い、内部的にいろいろやってたり

二部 GC

  • なぜGC？
  • GC アルゴリズム
    • Mark&Sweep
    • Copy
    • 世代別
  • GC
    • メモリを自動的に管理
    • 不要になったオブジェクトを開放
  • GCがなかった頃
    • 自前でメモリ管理
      • Cとか...
    • 問題点
      • メモリ開放わすれ
      • 二重開放
      • 無効な参照
    • メモリ周りのバグ修正難しい（静的改正とか、デバッガはあるけれども...）
  • 1959年に最初に作られる
    • Mark&Sweep(Lisp向け）

  • 1990年代に、やっと使われてきた感じ

    • JavaのGCも遅いって言われてた
    • CPUやメモリの性能向上

  • GCの分類

    • アルゴリズム
      • 基本
        • ◯ Mark&Sweep
        • 参照カウント（※Javaにはない）
        • ◯ Copy
      • 複合
        • ◯ 世代別
        • G1
    • 運用
      • Serial
      • Incremental
      • Concurrent
      • Parallel

  • ↑の◯のSerialを紹介

  • GCはGC本があるのでそれ読むといいよ

Mark & Sweep

  • 使用中のオブジェクトにマーク。マークがされていないオブジェクトを掃除

    • Mark フェーズ
    • Sweep フェーズで取り除く

  • どうやってMarkする？　※要図参照

    • Rootから、参照をたどっていく。芋づる式
      • ☆深さ優先探索

  • Mark後、先頭からFreeListに入れる

  • Mark&Sweapのあと、間に空いた部分を詰める（Compaction　コンパクション）

  • いいところ

    • 実装がシンプル、参照書き換えがない（※コンパクションしない場合）、安全

  • わるいところ

    • 遅い
    • プログラムを止める必要があるが、その時間が長い
    • ヒープの断片化が起きやすい（※コンパクションしない場合）
    • ↑コンパクションも重たいので、やったらやったで余計重たい

Copy GC

  • ヒープを二分割
    • 使ってる方と使ってない方　に二分
    • GC時に、まずマークして、使ってる方から使ってない方に、使ってるオブジェクトだけコピーする（コンパクションもできてる）
    • ↑をやると使ってる方・使ってない方が入れ替わる
  • いいところ
    • 速い
    • ヒープの断片化がおきない
    • 高速なアロケーション（先頭から詰めておくから）
  • わるいところ
    • ヒープの使用効率が悪い（2倍必要）
    • 参照の書き換えがある

世代別GC

  • 仮説：若いObjほど早く死ぬ
  • 世代別にヒープ管理を行う
    • 若い世代：高速なGC → Copy
    • 古い世代：安定したGC → Mark&Sweep
  • Objの年齢：GCを生き延びた回数
  • HotSpotVM
    • CopyGC用→Survivor 1 & Survivor 2
    • Mark&SweepGC用→Tenured（テニュアード、かな）
    • 新しいObjはEdenに。
    • GC時、Suvivor1に入れる（CopyGC）
    • 次のGC時、EdenとSuvivor1の生き残りを、Survivor2に一緒に入れる
    • 何度かGCをやって、まだ残っていたら、Tenuredにいれる
      • TenuredのGCでコンパクションが走るのがいわゆるフルGC。めっちゃ遅いので、なるべく避ける
  • Mark&Sweepと、CopyGCのいいとこどり
  • 領域サイズのチューニングが必要。古い世代のObjのGCをなるべく減らす
  • ☆CMS,☆G1GCなどの派生GCもあり

まとめ

  • アルゴリズムは3つ！60年代から変わらない。それらの組み合わせで新しいものが出来てきている
  • 原理を知っておけば、チューニングに活かせる
  • GCは友達！

  • GCを動かさないようにすることは？

    • やり方はある。RealTimeJava（スループット高い）。
    • ☆Jロキット、G1GCでGCの上限時間を設定できる

  • Groovy 、jruby

    • 実行時に型を決める
  • Java女子部宣伝
    • よこたさん

おつかれーした！