Schemeの Ephemeron (と weak pair) Niyarin

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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)

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)))

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

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)

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