SchemeのEphemeronとWeak Pairの説明

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1. Schemeの
   Ephemeron (と weak pair)
   Niyarin
   

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2. Ephemeronの概要
   About Ephemeron
   ・ R7RS large red/(SRFI 124)
   ・Weak-pairsの亜種
   ・オリジナルはSmalltalkに搭載された機能
   Smalltalk/vの作者の1人(George Bosworth)の発明
   ・ポータブルに実装できない
   

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3. 弱参照の雑な説明
   ・オブジェクトの生存判定に含まれない参照
   → 弱参照からのみ参照されているオブジェクトは回収できる
   (マークフェーズに辿らない/リファレンスカウントに含めない)
   ・例 ) Lispのsymbol intern table
   string->symbol したシンボルが不要になったらテーブルからも消したい
   

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4. Weakpair
   ・carが 弱参照でcdrが強参照なペア　
   通常のpairと違う点(Mit Schemeの例)
   ・回収済みかの述語の weak-pair/car?
   ・carが回収済みの場合、weak-car すると、#falseが帰る
   青:弱参照
   赤:強参照
   

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5. Weakpairで作るデータ構造1
   ・Weak list　
   ・Weak vector
   car部を弱参照のboxとして使う
   

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6. Weakpairで作るデータ構造2
   ・weak alist(flat)
   ・weak-pairと普通のpairを交互に配置した
   ・keyもvalも弱参照/keyが強参照でvalが弱参照も配置を変えるだけ
   

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7. Ephemeron
   「連想コンテナで今後assqされないkey-val対は不要」
   ・keyが弱参照でvalが強さが仕様しだいな参照を持つ
   (1) keyが回収できるなら、valへの参照はできなくなる(broken状態)
   (2) valからのみkeyが強参照できる場合でも回収できる
   Weak pairの問題
   pairの外でkeyがない(assqされない)が、
   valから強参照があれば、不要でもメモリに残り続ける
   

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8. Ephemeronで苦手なこと
   weak-listはできない↓ (finalizeがあれば少し事情が変わる)
   → あるcellのcarが回収された時点でcdrにいけなくなる
   ・weak containerの部品としては、weak-boxとしての使い方になる
   (通常のlistのcarにEphemeronをいれる)
   ・key-val対としては優秀
   

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9. Ephemeronの回収可能/不可能の例
   ・回収可能(broken)な例
   ・回収されない例
   

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10. Ephemeron処理系ごとの実装
    いくつかの実装は完全ではない
    ”valのみからの強参照の場合回収できる”ができない
    → Chibischeme、Sagittarius、Gauche etc.
    Racket や MIT/GNU Schemeはできている
    RacketやMIT/GNU Schemeではvalは弱参照扱い
    

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11. Ephemeron処理系ごとの実装
    ・自前のトレース系GCを持つ処理系は割とやるだけ
    "Ephemerons: A New Finalization Mechanism"に疑似コードがある
    ・Boehm GCは難しい
    弱参照:GC_GENERAL_REGISTER_DISAPPEARING_LINK
    ファイナライズ:GC_REGISTER_FINALIZER
    で、”keyが回収可能ならbrokenする”までは実装できる
    valからのみはこれだけではできない
    

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12. EphemeronとSchemeの回収の扱い
    R7RSのメモリの扱い
    “they are permitted to reclaim the storage occupied by an object.”
    → 「再利用を許可する」
    再利用は許可されているだけなので、普通のconsでも良い
    (define make-ephemeron cons)
    (define ephemeron-key car)
    (define ephemeron-datum cdr)
    (define (ephemeron-broken? _) #f)
    

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13. Sagittarius Schemeの現在の実装　
    ・Boehm GCを採用している処理系
    “keyが回収済みならvalを返さない”ことまではできる
    datumへのアクセスはkeyの生存判定を都度やって実現している
    (define (ephemeron-broken? e) (weak-box-empty? (ephemeron-key e)))
    (define (ephemeron-datum e)
    (and (not (ephemeron-broken? e)
    (%ephemeron-datum e)))
    

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14. よく知られているトレース系GCでの扱い
    value部で使われていても回収できる
    = value部以外で使われていなれば回収できる
    → Ephemeronの外側を最初にトレースすれば良い
    1.マークフェーズを行う
    ただしEphemeronに当たると、Ephemeron用Queueに入れて、中は辿らない
    2.Ephemeron用Queueでkeyが生きているものはvalue部について1を行う
    Ephemeron用Queueでkeyが回収可能なものはbrokenする
    ⇑はとても端折ったので、"Ephemerons: A New Finalization Mechanism"を見る
    ただし、疑似コードがSmalltalkだけど
    

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15. 実用例:手続きのキャッシュ
    ・引数2以降や結果が引数1を強参照していてもキャッシュから消せる
    ・引数のどれかが回収されたら、キャッシュは使えない
    → 途中のEphemeronがbrokenになっても問題ない
    ・(Improper listなのは、
    引数が生存している場合、結果は常に生存していて欲しいから)
    (引数と結果の組を保存して、
    毎回計算しなくてよくする)
    

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16. おわり
    ・Ephemeronは、キャッシュやテーブルの実装に役立つ
    ・SRFIにFinalize的なものが来ないかな...
    ・参照カウントを採用したSchemeのEphemeron採用例があったら楽しめたが..
    →　そもそも参照カウントなScheme実装はあまり聞かない
    ・ポータブルでちゃんと実装するのは難しい(できない)ので、
    他のLisp方言の人たちはEphemeronが使えなくて悲しいでしょうね
    → Schemeは良いぞ　
    

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