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#ccc_c4 CLRのValue Typeを起点にProject Valhallaを覗いてみる Look into Project Valhalla from CLR viewpoint

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https://speakerdeck.com/logico/look-into- project-Valhalla-from-clr-viewpoint

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このセッションで持ち帰ってもらいたいこと

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Who am I? https://logico-jp.io

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Agenda

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メモリレイアウトの重要性

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CPUはデータの局所性 (Data Locality) の原則に従う

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CPUからのメモリアクセス L1 L2 Main Memory L3 Cache

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レイテンシ Intel Broadwell-EPを例に L1 L2 Main Memory Intel® 64 and IA-32 Architectures Optimization Reference Manual https://software.intel.com/sites/default/files/managed/9e/bc/64-ia-32-architectures-optimization-manual.pdf L3 Cache

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CLRのValue Type

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CLR (Common Language Runtime) https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/standard/clr

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CLRの型の種類

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Value Type (値型)  enum  struct https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/csharp/language-reference/keywords/value-types

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Nullable Value Type (Null許容値型) https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/csharp/programming-guide/nullable-types/

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No content

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static void Main() { Point a = new Point(2, 4); Point b = a; Point c = a; ... } struct Point { public int x, y; public Point(int x, int y) { this.x = x; this.y = y; } ... }

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static void Main() { Point a = new Point(2, 4); Point b = a; Point c = a; ... } struct Point { public int x, y; public Point(int x, int y) { this.x = x; this.y = y; } ... } Stack Heap a = Point(2,4) b = Point(2,4) c = Point(2,4)

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Reference Type (参照型)  class  配列 https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/csharp/language-reference/keywords/reference-types

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O M Method table pointer Object header AbcD..

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Nullable Reference Type (Null許容参照型) https://docs.microsoft.com/ja-jp/dotnet/csharp/nullable-references

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static void Main() { Point a = new Point(2, 4); Point b = a; Point c = a; ... } class Point { public int x, y; public Point(int x, int y) { this.x = x; this.y = y; } }

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static void Main() { Point a = new Point(2, 4); Point b = a; Point c = a; ... } class Point { public int x, y; public Point(int x, int y) { this.x = x; this.y = y; } } Stack Heap a(ref) b(ref) c(ref) a Point(2,4)

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3 12 24 O M 53 値型の配列 O M -1 9 1 -1 -8 2 5 8 5 2 3

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O M 5 参照型の配列

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O M 5 O M 3 2 O M -1 9 O M -8 2 O M 1 -1 O M 5 8

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値型のメリット

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値型のデメリット

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Project Valhallaとは

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Project Valhalla ― Reboot JVM relationship with data in memory https://wiki.openjdk.java.net/display/valhalla/Main

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スコープ

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スコープ

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マイルストン

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マイルストン  L2 (LW2) https://wiki.openjdk.java.net/display/valhalla/LW2

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LW2 http://jdk.java.net/valhalla/

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様々な最適化

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Project Valhalla のこれまでのあゆみ JVMとプログラミングモデルの両方から調査 L World Early prototypes (M1-M3) コンパイラのみ 調査対象は言語側 • Genericsの特殊化や ワイルドカード • VMへの要件 • 多数の検討課題があること を確認 “MVT” prototype VMのみ 調査対象は“Q-World”モデル 詳細はJVM Language Summit 2018の動画を 参照 Current prototype • VMとコンパイラをサポート • Genericsの特殊化、 参照型から値型への移行は 未サポート • まだまだ調査中

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* type

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Q World Q qload...

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Q World Q qload... 動きはしたが、 オーバーヘッドが大きく 使い物にならず...

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L World a*

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L World

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メモリレイアウトの効率化が必要な理由 (再掲) Intel Broadwell-EPを例に L1 L2 Main Memory Intel® 64 and IA-32 Architectures Optimization Reference Manual https://software.intel.com/sites/default/files/managed/9e/bc/64-ia-32-architectures-optimization-manual.pdf L3 Cache

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Javaでは?

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Object Identity フラットなメモリレイアウトを実現する上での課題 class Point { int x; int y; Point(int _x, int _y) { this.x = _x; this.y = _y; } } ... Point p1 = Point(1,2); Point p2 = Point(1,2);

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Object Identity フラットなメモリレイアウトを実現する上での課題 class Point { int x; int y; Point(int _x, int _y) { this.x = _x; this.y = _y; } } ... Point p1 = Point(1,2); Point p2 = Point(1,2); p1とp2は完全に 一致するか？

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M K 53 klass (同一クラスを使うインスタンス共通のmetadataへのPointer) mark (インスタンス固有のmetadata) Metaspace HotSpotの場合

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M K 3 12 24 53 配列

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M K 3 12 24 M K 3 M K 12 M K 24 M K 53 53

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例 public class Point { int x; int y; } public class App { ... Point[] points = new Point[5]; points[0] = new Point(); ... }

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M K 5

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M K 5 M K 3 2 M K -1 9 M K -8 2 M K 1 -1 M K 5 8

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M K 3 2 M K -1 9 M K -8 2 M K 1 -1 M K 5 8 M K -1 9 1 -1 -8 2 5 8 5 2 3

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M K 3 2 M K -1 9 M K -8 2 M K 1 -1 M K 5 8 inline class M K -1 9 1 -1 -8 2 5 8 5 2 3

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現在のプロトタイプでできること

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Inline class public inline class Point { private int x; private int y; private Point(int _x, int _y) { this.x = _x; this.y = _y; } public static Point of(int _x, int _y) { return new Point(_x,_y); } }

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コンストラクタ  defaultvalue  withfield

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public class Point { private int x; private int y; private Point(int _x, int _y) { this.x = _x; this.y = _y; } public static Point of(int _x, int _y) { return new Point(_x,_y); } } public inline class Point { private int x; private int y; private Point(int _x, int _y) { this.x = _x; this.y = _y; } public static Point of(int _x, int _y) { return new Point(_x,_y); } }

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配列

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デフォルト値 Foo.default と表記 x = T.default x = null

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メモリレイアウトのフラット化 常にフラットでなければならないか？

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メモリレイアウトのフラット化 LW2 では V? を使う (Null許容) http://hg.openjdk.java.net/valhalla/valhalla /file/a32457198d3e/test/jdk/valhalla/valuet ypes/NonFlattenValue.java public inline class NonFlattenValue { Point? nfp; NonFlattenValue() { this.nfp = Point.makePoint(0,0); } NonFlattenValue(Point p) { this.nfp = p; } public Point? point() { return nfp; } public Point pointValue() { return (Point) nfp; } ... }

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Generics OptionalInt?

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今後検討していくもの (LW2 では未検討のもの)

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新しい上位型 – RefObject と ValObject

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新しい上位型 – なぜ必要か? x instance of RefObject RefObject RefObject o extents RefObject

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Nullの許容

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Nullの許容 (L3での調査の中心部分)

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同一性 (==)

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同一性 (==)

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移行 https://docs.oracle.com/en/java/javase/13/docs/api/java.base/java/lang/doc- files/ValueBased.html https://docs.oracle.com/javase/jp/13/docs/api/java.base/java/lang/doc-files/ValueBased.html

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その他のIdentityに関連する操作

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Conclusion

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LW2時点でのInline Classの制限 基底クラス java.lang.Object 含められるもの Top level クラス、innerクラス、nestedクラス、localクラス 含められないもの Interface、annotation type、enum 宣言できるもの innerクラス、nestedクラス、localクラス Nullを許容するか しない 必ずデフォルト値を持つ (全ビットゼロ) abstractにできるか できない Inline Classは暗黙のうちにfinal Inline Classのメンバ 全てのインスタンスフィールドは暗黙のうちにfinal 明示的にregular interfaceを実装できる 再帰的に自インスタンスのフィールドの型として宣言できない javacによる操作 hashCode()、equals()、toString()を自動生成する clone()、finalize()、wait()、notify()を許可しない

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現在検討しているもの (一例)

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まとめ

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セッションアンケート https://aka.ms/AA6m7dq

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Microsoft Learnや 開発者ニュースレター の詳細情報 https://aka.ms/AA6lx6o

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Resources

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Resources https://youtu.be/1H4vmT-Va4o https://youtu.be/_26KZAegYRM https://youtu.be/49GUljUmGHg https://www.slideshare.net/DavidBuck7/valhalla-update-jjug-ccc-spring-2019

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