パフォーマンスを 意識した Java コーディング 2013.6.29 渋谷Java #1 KOMIYA Atsushi (@komiya_atsushi ) 1

Agenda 1. イントロダクション 2. Java アプリケーションのパフォーマン スを維持・向上させるために意識すべ きこと 3. ケーススタディ 4. まとめ 2

1. イントロダクション 3

KOMIYA Atsushi @komiya_atsushi 4

分析力をコアとする マーケティングソリューションカンパニー レコメンデーション＆機械学習系 Java エンジニア 5

分析力をコアとする マーケティングソリューションカンパニー レコメンデーション＆機械学習系 Java エンジニア 6

#TokyoWebmining 事務局 分析／機械学習／アドテク等のネタで お話していただける講師を募集中デス！ 7

今日お話する内容 •主に初心者の方を対象としています •ガチな方は寝ていただいて構いません :) •Java で計算パフォーマンスを要求され るアプリケーションを開発するときに気 をつけたいことをお話します •大量の HTTP アクセスが見込まれる Web アプリケーション •機械学習など、計算量的に大きなバッチ処 理を速くしたい 8

2. Java アプリケーションの パフォーマンスを 維持・向上させるために 意識すべきこと 9

いちばん大切なこと 不必要な オブジェクトの 生成を避ける 10

Java におけるオブジェクト生成 •オブジェクトの生成処理 •→ 負荷が高い •短命なオブジェクトを大量に生成する •→ ガベージコレクション頻発 ＼(^o^)／ （GC 処理はとても負荷が高い） •参考 •Javaはどのように動くのか～図解でわかる JVMの仕組み • http://gihyo.jp/dev/serial/01/jvm-arc 11

もう一つの大切なこと 標準クラス ライブラリを よく理解する 12

標準クラスライブラリをよく理解する •「1GB の EC サイト購買ログ（時系列 順）から、ユーザごとの購入商品をまと めてみましょう」 Aさん りんご Bさん みかん Aさん みかん Cさん バナナ Cさん りんご ・・・ Aさん りんご、みかん Bさん みかん Cさん バナナ、りんご ・・・ 13

標準クラスライブラリをよく理解する •「1GB の EC サイト購買ログ（時系列 順）から、ユーザごとの購入商品をまと めてみましょう」 Aさん りんご Bさん みかん Aさん みかん Cさん バナナ Cさん りんご ・・・ Aさん りんご、みかん Bさん みかん Cさん バナナ、りんご ・・・ Set> List> どちらが適切か？ 14

3. ケーススタディ 15

ケーススタディ •「オブジェクトの生成」の観点で具体的 な注意すべき点を挙げていきます •ケース 1. ログから日時を抽出したい 2. 数値を合計したい お時間もないので この二つで・・・ 16

ケーススタディ ケース１： ログから日時を 抽出したい 17

ケース１：問題設定 •１行のログから日時を抽出して、UNIX時間 に変換して返却する機能を作成せよ interface LogDatetimeParser { /** * 与えられた 1 行のログより日時を取り出し、 * UNIX 時間 (ミリ秒) に変換して返却します。 * * 区切り文字列は "<>"を、日時は 2 列目とします。 * このメソッドはログ 1 行を処理するたびに何度も呼び出されます。 * * @param line * @return */ long toUnixTime(String line); } 18

ケース１：問題設定 •１行のログから日時を抽出して、UNIX時間 に変換して返却する機能を作成せよ interface LogDatetimeParser { /** * 与えられた 1 行のログより日時を取り出し、 * UNIX 時間 (ミリ秒) に変換して返却します。 * * 区切り文字列は "<>"を、日時は 2 列目とします。 * このメソッドはログ 1 行を処理するたびに何度も呼び出されます。 * * @param line * @return */ long toUnixTime(String line); } 192.168.0.1<>2013/06/29 12:34:56<>user1 192.168.0.3<>2013/06/29 13:14:15<>user3 192.168.0.1<>2013/06/30 01:02:03<>user1 ・・・ この部分をUNIX 時間 で取り出したい 19

ケース１：よくない実装 class BadParser implements LogDatetimeParser { @Override public long toUnixTime(String line) { // 区切り文字列で分割する String[] elems = line.split("<>"); try { DateFormat format = new SimpleDateFormat("yyyy/MM/dd HH:mm:ss"); // 文字列の日時を UNIX 時間の long 値に変換する return format.parse(elems[1]).getTime(); } catch (ParseException e) { throw new RuntimeException(e); } } } 20

ケース１：よくない実装 class BadParser implements LogDatetimeParser { @Override public long toUnixTime(String line) { // 区切り文字列で分割する String[] elems = line.split("<>"); try { DateFormat format = new SimpleDateFormat("yyyy/MM/dd HH:mm:ss"); // 文字列の日時を UNIX 時間の long 値に変換する return format.parse(elems[1]).getTime(); } catch (ParseException e) { throw new RuntimeException(e); } } } 何が問題か？ 21

ケース１：何が問題か？ •無駄にオブジェクト生成をしてしまっている DateFormat format = new SimpleDateFormat("yyyy/MM/dd HH:mm:ss"); return format.parse(elems[1]).getTime(); public long toUnixTime(String line) { String[] elems = line.split("<>"); try { •改善するには？ •オブジェクトを作り置き・再利用しましょう public long toUnixTime(String line) { String[] elems = Pattern.compile("<>").split(line); try { ※ Java 6 までの話 •無用なオブジェクト生成が生じる 22

ケース１：何が問題か？ •無駄にオブジェクト生成をしてしまっている DateFormat format = new SimpleDateFormat("yyyy/MM/dd HH:mm:ss"); return format.parse(elems[1]).getTime(); public long toUnixTime(String line) { String[] elems = line.split("<>"); try { •改善するには？ •オブジェクトを作り置き・再利用しましょう public long toUnixTime(String line) { String[] elems = Pattern.compile("<>").split(line); try { ※ Java 6 までの話 •無用なオブジェクト生成が生じる 好ましい実装はこちら 23

ケース１：好ましい実装 class GoodParser implements LogDatetimeParser { private Pattern delimiter = Pattern.compile("<>"); private DateFormat format = new SimpleDateFormat("yyyy/MM/dd HH:mm:ss"); @Override public long toUnixTime(String line) { // 区切り文字列で分割する String[] elems = delimiter.split(line); try { // 文字列の日時を UNIX 時間の long 値に変換する return format.parse(elems[1]).getTime(); } catch (ParseException e) { throw new RuntimeException(e); } } } 24

ケース１：好ましい実装 class GoodParser implements LogDatetimeParser { private Pattern delimiter = Pattern.compile("<>"); private DateFormat format = new SimpleDateFormat("yyyy/MM/dd HH:mm:ss"); @Override public long toUnixTime(String line) { // 区切り文字列で分割する String[] elems = delimiter.split(line); try { // 文字列の日時を UNIX 時間の long 値に変換する return format.parse(elems[1]).getTime(); } catch (ParseException e) { throw new RuntimeException(e); } } } オブジェクトを 作り置きする 作り置いた オブジェクトを 利用する 作り置いた オブジェクトを 利用する 25

ケース１：SimpleDateFormat には要注意 •SimpleDateFormat はスレッドセーフではあり ません • 複数スレッドから参照される場合は注意が必要 •マルチスレッド環境下で日時を処理する方法 • ThreadLocal • SimpleDateFormatを同期 (synchronized) する • 毎回 new SimpleDateFormat() する • SimpleDateFormatを使うのを諦める :) • Joda Time http://joda-time.sourceforge.net/ • Java 8 の Date and Time API（JSR-310）に期待する •参考 • Java日付処理メモ(Hishidama’s Java Date Memo) • http://www.ne.jp/asahi/hishidama/home/tech/java/date.h tml#java.text.DateFormat 26

ケース１：Java 7 以降の String#split() 事情 •Java 6 までの String#split() は内部で Pattern オブジェクトを生成していました •Java 7 でちょっと賢い実装になりました • 正規表現的に特定の１文字を表すパターン • String#indexOf() を利用した文字列分割 • Pattern オブジェクトは生成されない • 特別な意味を持つ１文字 or ２文字以上 • 従来通り Pattern.compile(regex).split(str) •Java 7 以降でタブ区切りのテキストを分割す るなら String#split("¥t") で！ •参考 • http://blog.k11i.biz/2013/05/java-7-stringsplit.html 27

ケース１：よくない実装 vs 好ましい実装 •100万行のログを処理 •よくない実装：2,991 ミリ秒 •好ましい実装：1,645 ミリ秒 1.82 倍速いですね！ 28

ケーススタディ ケース２： 数値を合計する 29

ケース２：問題設定 •指定された数値をすべて足し上げた「合 計値」を算出せよ interface SumCalculator { /** * 指定された int 配列のすべての数値を合計して返却します。 * * @param values 合計を求める数値が格納された配列 * @return */ long sum(int[] values); } 30

ケース２：よくない実装 class BadCalculator implements SumCalculator { @Override public long sum(int[] values) { Long result = 0L; for (Integer v : values) { result += v; } return result; } } 31

ケース２：よくない実装 class BadCalculator implements SumCalculator { @Override public long sum(int[] values) { Long result = 0L; for (Integer v : values) { result += v; } return result; } } 何が問題か？ 32

ケース２：何が問題か？ • Autoboxing により無用なオブジェクトの生成が生じる for (Integer v : values) { result += v; } for (int i = 0; i < values.length; i++) { // 以下の処理は new Integer() 相当となる Integer v = Integer.valueOf(values[i]); //以下の処理は new Long() 相当となる result = Long.valueOf(result.longValue() + v.intValue()); } •改善するには？ • 必要に迫られない限り、プリミティブ型の ラッパーオブジェクトは使わないようにしましょう 33

ケース２：何が問題か？ • Autoboxing により無用なオブジェクトの生成が生じる for (Integer v : values) { result += v; } for (int i = 0; i < values.length; i++) { // 以下の処理は new Integer() 相当となる Integer v = Integer.valueOf(values[i]); //以下の処理は new Long() 相当となる result = Long.valueOf(result.longValue() + v.intValue()); } •改善するには？ • 必要に迫られない限り、プリミティブ型の ラッパーオブジェクトは使わないようにしましょう 好ましい実装はこちら 34

ケース２：好ましい実装 class GoodCalculator implements SumCalculator { @Override public long sum(int[] values) { long result = 0; for (int v : values) { result += v; } return result; } } 35

ケース２：好ましい実装 class GoodCalculator implements SumCalculator { @Override public long sum(int[] values) { long result = 0; for (int v : values) { result += v; } return result; } } プリミティブ型を利用する プリミティブ型を利用する 36

ケース２：Autoboxing (自動ボクシング) •プリミティブ型（※）は List/Map などのコレ クションに直接格納することができない • プリミティブ型：boolean / byte / char / short / int / long / float / double •ラッパークラスのオブジェクトに変換すれば、 コレクションに格納することができる • ラッパークラス：Boolean / Byte / Character / Short / Integer / Long / Float / Double •プリミティブ型 ⇔ ラッパークラスオブジェク トの暗黙的な自動変換をする処理が “Autoboxing” • 「変換」とか言っちゃってるけど、実態は 「オブジェクト生成」ですからね！ 37

ケース２：ラッパークラス.valueOf() を使おう public static Long valueOf(long l) { final int offset = 128; if (l >= -128 && l <= 127) { // will cache return LongCache.cache[(int)l + offset]; } return new Long(l); } •Long.valueOf() の例 •-128 以上、127 以下の数値であれば、キャッ シュされているオブジェクトが再利用される → オブジェクト生成が回避できる！ • たぶん JRE 依存 38

ケース２：よくない実装 vs 好ましい実装 •4,000万の要素を持つ配列を処理 •よくない実装：463 ミリ秒 •好ましい実装：14 ミリ秒 約33倍速！ 圧倒的！ 39

4. まとめ 40

まとめ •大原則 •オブジェクト生成を避ける／控える •標準クラスライブラリをよく理解する •実行パフォーマンスをよくするために… •再利用できるオブジェクトは作りおきしま しょう・使い回ししましょう •原則としてプリミティブ型を利用しましょ う・ラッパークラスのオブジェクトは利用 を避けましょう 41

まとめ：補足 •Java をよりよく理解するには、Java 標準 API の実装を覗いてみるのが手っ取り早い •JDK の $JAVA_HOME/src.zip •Eclipse / IntelliJ IDEA などの IDE 設定で、 いつでも API の実装を覗けるようにしてお きましょう •特に実装を理解しておくべき標準 API のク ラスたち •String •ArrayList •HashMap •HashSet 42

ありがとう ございました！ 43