1.
Valhalla Update
JJUG CCC 2019/05/18
David Buck
Principal Member of Technical Staff
Java Platform Group
Oracle

2.
• JVM Sustaining Engineer
• OpenJDK Update Project
Maintainer
• JavaOne Rock Star
• Co-author of Oracle WebLogic
Server 11g 構築・運用ガイド
• @DavidBuckJP
• https://blogs.oracle.com/buc
k/
Who am I? バック デイビッド（左）

3.
Safe Harbor Statement
The following is intended to outline our general product direction. It is intended
for information purposes only, and may not be incorporated into any contract.
It is not a commitment to deliver any material, code, or functionality, and
should not be relied upon in making purchasing decisions. The development,
release, and timing of any features or functionality described for Oracle’s
products remains at the sole discretion of Oracle.

4.
アジェンダ
• Valhalla プロジェクトの概要
• Nestmates
• Value Types のプロトタイプ
• ＭＶＴ
• Ｌ－Ｗｏｒｌｄ

5.
Valhalla プロジェクトの概要

6.
Project Valhalla
Emil Doepler - Doepler, Emil. ca. 1905. Walhall, die Götterwelt der Germanen. Martin Oldenbourg, Berlin. Photographed by Haukurth cropped by Bloodofox, Public Domain

7.
Project Valhalla
Valhalla == VALue types

8.
Project Valhalla
• Value Types （値型）
• Generic Specialization （ジェネリックの特殊化）
• VarHandles (JDK 9 でリリースされた）

9.
Value Types （値型）
オブジェクト プリミティブ
String
Integer
int
float

10.
従来のレイアウト
final class Point {
final int x;
final int y;
}
headerPoint[] pts =
header
x
y
header
x
y
header
x
y
header
x
y
header
x
y

11.
望ましいレイアウト
headerheader
x
y
x
y
x
y
x
y
Point[] pts =
value class Point {
int x;
int y;
}

12.
Value Types （値型）
オブジェクト プリミティブ
String
Integer
int
float

13.
Value Types （値型）
オブジェクト プリミティブ
String
Integer
int
float
Value
Types

14.
Nestmates

15.
Project Valhalla
• Value Types （値型）
• Generic Specialization （ジェネリックの特殊化）
• VarHandles (JDK 9 でリリースされた）
• Nestmates (JDK 11 でリリースされた）

16.
Nested とは

17.
Nested とは

18.
Nested とは
Class A

19.
Nested とは
Class A
Class B

20.
class A {
class B {}
}

21.
$ javac A.java
$ ls
A$B.class A.class A.java

22.
$ javac A.java
$ ls
A$B.class A.class A.java

23.
Java ソースの観点
Class A
Class B

24.
JVM の観点
Class A Class A＄Ｂ

25.
二仕様物語

26.
private int num;
num = 42;

27.
private int num;
num = 42;

28.
class A {
private int num;
class B {
void doIt() {
num = 42;
}
}
}

29.
num = 42;
private int num;

30.
Access Modifiers
• public
• protected
• (default)
• private

31.
Access Modifiers
• public
• protected
• (default)
• private

32.
Access Modifiers
• public
• protected
• (default)
• private

33.
Access Modifiers
• public
• protected
• (default) package
• private

34.
Access Modifiers
• public
• protected
• (default) package
• private

35.
Access Modifiers
Modifier クラス パッケージ サブクラス その他
public ○ ○ ○ ○
protected ○ ○ ○ ×
(default) ○ ○ × ×
private ○ × × ×

36.
Access Modifiers
• public
• protected
• (default)
• private

37.
Access Modifiers
• public
• protected
• (default)
• private

38.
Access Modifiers
• public
• protected
• (default)
• private

39.
Access Modifiers
• public
• protected
• (default)
• private

40.
public class Outer {
private void outerMethod() {
System.out.println("Outer.outerMethod() called!");
}
class Inner {
void innerMethod() {
new Outer().outerMethod();
}
}
public static void main(String[] args) {
Outer o = new Outer();
Inner i = o.new Inner();
i.innerMethod();
}
}

41.
outerMethod() {…}
innerMethod() {
… obouterMethod();
}

42.
public static void main(String[] args) {
Outer o = new Outer();
Inner i = o.new Inner();
i.innerMethod();
}

43.
public static void main(String[] args) {
Outer o = new Outer();
Inner i = o.new Inner();
i.innerMethod();
}

44.
public class Outer {
private void outerMethod() {
System.out.println("Outer.outerMethod() called!");
}
class Inner {
void innerMethod() {
new Outer().outerMethod();
}
}
public static void main(String[] args) {
Outer o = new Outer();
Inner i = o.new Inner();
i.innerMethod();
}
}

45.
javap
• Class ファイルをテキスト形式でダンプする
• 逆汗
• Java の objdump のようなもの。。。

46.
javap
• -p private のメンバーも出力
• -v verbose （逆汗も含む）

47.
static void access$000(nestdemo.Outer);
descriptor: (Lnestdemo/Outer;)V
flags: ACC_STATIC, ACC_SYNTHETIC
Code:
stack=1, locals=1, args_size=1
0: aload_0
1: invokespecial #1 // Method outerMethod:()V
4: return
LineNumberTable:
line 3: 0

48.
static void access$000(nestdemo.Outer);
descriptor: (Lnestdemo/Outer;)V
flags: ACC_STATIC, ACC_SYNTHETIC
Code:
stack=1, locals=1, args_size=1
0: aload_0
1: invokespecial #1 // Method outerMethod:()V
4: return
LineNumberTable:
line 3: 0

49.
static void access$000(nestdemo.Outer);
descriptor: (Lnestdemo/Outer;)V
flags: ACC_STATIC, ACC_SYNTHETIC
Code:
stack=1, locals=1, args_size=1
0: aload_0
1: invokespecial #1 // Method outerMethod:()V
4: return
LineNumberTable:
line 3: 0

50.
Bridge Methods
Rich Niewiroski Jr. [CC BY 2.5 (https://creativecommons.org/licenses/by/2.5)]

51.
Bridge Methods
• 内部クラスの private メンバのアクセス
• 共変戻り
• ジェネリクスの型消去 (type erasure)

52.
private outerMethod() {…}
access$000(nestdemo.Outer o) {
o.outerMethod();
}
innerMethod() {
access$000(this);
}

53.
問題は？

54.
private void outerMethod() {
System.out.println("Outer.outerMethod() called!");
Thread.dumpStack();
}

55.
private void outerMethod() {
System.out.println("Outer.outerMethod() called!");
Thread.dumpStack();
}

56.
$ java nestdemo.Outer
Outer.outerMethod() called!
java.lang.Exception: Stack trace
at java.lang.Thread.dumpStack(Thread.java:1336)
at nestdemo.Outer.outerMethod(Outer.java:7)
at nestdemo.Outer.access$000(Outer.java:3)
at nestdemo.Outer$Inner.innerMethod(Outer.java:13)
at nestdemo.Outer.main(Outer.java:20)

57.
$ java nestdemo.Outer
Outer.outerMethod() called!
java.lang.Exception: Stack trace
at java.lang.Thread.dumpStack(Thread.java:1336)
at nestdemo.Outer.outerMethod(Outer.java:7)
at nestdemo.Outer.access$000(Outer.java:3)
at nestdemo.Outer$Inner.innerMethod(Outer.java:13)
at nestdemo.Outer.main(Outer.java:20)

58.
$ cat -n nestdemo/Outer.java
1 package nestdemo;
2
3 public class Outer {
4
5 private void outerMethod() {
6 System.out.println("Outer.outerMethod()
called!");
7 Thread.dumpStack();
8 }

59.
(default) != private

60.
static void access$000(nestdemo.Outer);
descriptor: (Lnestdemo/Outer;)V
flags: ACC_STATIC, ACC_SYNTHETIC
Code:
stack=1, locals=1, args_size=1
0: aload_0
1: invokespecial #1 // Method outerMethod:()V
4: return
LineNumberTable:
line 3: 0

61.
static void access$000(nestdemo.Outer);
descriptor: (Lnestdemo/Outer;)V
flags: ACC_STATIC, ACC_SYNTHETIC
Code:
stack=1, locals=1, args_size=1
0: aload_0
1: invokespecial #1 // Method outerMethod:()V
4: return
LineNumberTable:
line 3: 0

62.
Asmtools の jasm
super public class AClassFile
version 100:10
{
public Method "<init>":"()V"
stack 1 locals 1
{
aload_0;
invokespecial Method
java/lang/Object."<init>":"()V";
return;
}
}
001000110111010011100100011010101
111101110100100001011010010100110
011011100010100001110100000100010
110000011100100101101011000111100
101101001000001010101110111110010
100011110100010010000011011101001
100100010010011010010000101001000
100101000001000010110101100110100
100001101100111110110111101001101
011100001001000010100111000100111
110101110111101001111000101010100
101101001010110101110001110011010
011001101011001100010010010100101
AClassFile.jasm AClassFile.class

63.
BadBoy.jasm
package nestdemo;
public class BadBoy {
public static Method main:"([Ljava/lang/String;)V"
stack 99 locals 1
{
getstatic Field java/lang/System.out:"Ljava/io/PrintStream;";
ldc String "Hi!";
invokevirtual Method java/io/PrintStream.println:"(Ljava/lang/String;)V";
new class nestdemo/Outer;
dup;
invokenonvirtual Method nestdemo/Outer.<init>:"()V";
invokestatic Method nestdemo/Outer.access$000:"(Lnestdemo/Outer;)V";
return;
}

64.
BadBoy.jasm
package nestdemo;
public class BadBoy {
public static Method main:"([Ljava/lang/String;)V"
stack 99 locals 1
{
getstatic Field java/lang/System.out:"Ljava/io/PrintStream;";
ldc String "Hi!";
invokevirtual Method java/io/PrintStream.println:"(Ljava/lang/String;)V";
new class nestdemo/Outer;
dup;
invokenonvirtual Method nestdemo/Outer.<init>:"()V";
invokestatic Method nestdemo/Outer.access$000:"(Lnestdemo/Outer;)V";
return;
}

65.
$ java -jar asmtools.jar jasm nestdemo/BadBoy.jsm
$ java nestdemo.BadBoy
Hi!
Outer.outerMethod() called!
java.lang.Exception: Stack trace
at java.lang.Thread.dumpStack(Thread.java:1336)
at nestdemo.Outer.outerMethod(Outer.java:7)
at nestdemo.Outer.access$000(Outer.java:3)
at nestdemo.BadBoy.main(BadBoy.jsm)

66.
Bridge Methods の弱点
• バイトコードとソースは合致しない
• アクセス権限が異なる
• メモリやディスク領域を消費する

67.
二仕様物語

68.
Nestmates
• JEP 181: Align JVM Checks with Java Language Rules for
Nested Classes

69.
Nestmates
• JEP 181: Align JVM Checks with Java Language Rules for
Nested Classes
• JEP 181: Nest-Based Access Control

70.
Nestmates
• 新しいクラスの属性
• NestHost
• NestMembers
• ネスト内のクラスはお互いに private メンバをアクセス出来る

71.
Nestmates
• 新しいクラスの属性
• NestHost “Top Level Class”
• NestMembers 内部クラス
• ネスト内のクラスはお互いに private メンバをアクセス出来る

72.
Nestmates
• 新しいクラスの属性
• NestHost “Top Level Class” ★
• NestMembers 内部クラス
• ネスト内のクラスはお互いに private メンバをアクセス出来る
★ ソースレベルで他のクラスに含まれていない

73.
public class Three {
class Two {
class One {}
}
} Three
Two
One

74.
NestMembers:
Three$Two
Three$Two$One
Three
Two
One

75.
NestHost: class Three
Three
Two
One

76.
Three
Two
One
NestHost: class Three

77.
Three
Three$Two Three$Two$One

78.
$ jdk-11.0.3/bin/javac nestdemo/Outer.java
$ jdk-11.0.3/bin/java nestdemo.Outer
Outer.outerMethod() called!
java.lang.Exception: Stack trace
at
java.base/java.lang.Thread.dumpStack(Thread.java:1387)
at nestdemo.Outer.outerMethod(Outer.java:7)
at nestdemo.Outer$Inner.innerMethod(Outer.java:13)
at nestdemo.Outer.main(Outer.java:20)

79.
$ jdk-11.0.3/bin/java nestdemo.BadBoy
Hi!
Exception in thread "main" java.lang.NoSuchMethodError:
nestdemo.Outer.access$000(Lnestdemo/Outer;)V
at nestdemo.BadBoy.main(BadBoy.jsm)

80.
Nestmates
• クラスファイル形式と JVM の変更だけ
• かなり複雑な変更
• 内部クラスの private アクセス以外の利用は検討中
• ジェネリクスの特殊化
• Java 以外の JVM 言語の利用
• クローズド タイプ
• Unsafe::defineAnonymoiusClass() の代用
• 興味ある方は是非 JVMLS のセッションを見てください

81.
Value Types のプロトタイプ
MVT

82.
Minimal Value Types プロジェクト
• 実験
• JVM 側の実装だけ
• 普通のユーザに向いていない
• Java 言語のサポートなし
• メソッドハンドルで操作するしか無かった

83.
Value Capable Class
VCC ソース
VCC クラス
VCC
Runtime
@jvm.internal.value.ValueCapableClass
final class Point {
final int x;
final int y;
}

84.
Value Capable Class の条件
• final （クラス自体）
• スーパークラス（直接）が java.lang.Object
• すべてのフィルドは final

85.
Derived Value Class
VCC ソース
VCC クラス
VCC
Runtime
@jvm.internal.value.ValueCapableClass
class Point {
int x;
int y;
}
DVC
Runtime

86.
Derived Value Class
• Classfile バージョンは xx.1
• Field のみ
• ACC_VALUE フラグ
• Q タイプ
• メソッドを呼ぶには boxing が必要 (Q -> R)
• Boxing しない限りQ タイプと L タイプの互換性はなかった

87.
MVT の新しいバイトコード
• vload
• vstore
• vreturn
• vlaload
• vastore
• vbox
• vunbox
• vdefault
• vwithfield

88.
MVT 実験は終了

89.
MVT から習ったこと
• Value Type のパフォーマンス向上
• メモリ使用量の節約

90.
Value Types のプロトタイプ
L-World

91.
タイプの種類（構造体）
• L-Types: 従来の参照タイプ
• Q-Types: 値のみ (Value Type)
• R-Types: 新しい参照タイプ
• U-Types: R と Q の共用体 （Union）

92.
検討されたモデルその１ R-World
U-Type
R-Type Q-Type

93.
検討されたモデルその２ U-World
U-Type
L-Type Q-Type

94.
検討されたモデルその３ L-World
L-types
参照
Value
Type

95.
L-World へようこそ！

96.
L-World の魅力
• Boxing は不要
• インタフェース対応（デフォルトメソッドも！）
• java.lang.Object のメソッド（一部）も使える
• equals()
• hashCode()
• toString()

97.
L-World の Value Type
• ACC_VALUE_TYPE クラスフラグ
• クラスと field は final
• <init> なし
• Monitor 系のメソッドは利用不可
• j.l.O is direct super class
• Clonable は利用不可
• Enum は対象外
• ValueTypes 属性

98.
ACC_FLATTENABLE
• タイプではなくて、フィールドのフラグ
• Value を格納する field
• Null の値は禁止
• 再起参照も禁止
• Value Type の配列はデフォルトで Flattenable

99.
L-World の新しいバイトコード
• defaultvalue
• 新規の値を作成
• withfield
• 既存の値をコピーし、一つの field を変更する

100.
調査中： Null の問題
Point2D pointArray[] = new Point2D[10]
Object[] refArray = (Object[]) pointArray;
refArray[0].toString();
refArray[0] = null; /ダメ!!!!!!!!!!

101.
Milestones
• LW1
• 最低限の Value Types
• 既存のコードを使う時はメリットなし
• ジェネリクスの特殊化もなし
• LW10
• ジェネリクスと Value Type の互換性 (Type Erasure)
• メインラインのリリースに含まれる可能性はあり
• LW100
• ジェネリクスの特殊化（プリミティブ対応も）

102.
LW1 EA ビルド
• 少し古い
• 未完成の JDK 11 ベース
• 複数の既知問題
• -XX:+EnableValhalla
• __ByValue キーワード

103.
L-World の例
__ByValue class Point {
int x;
int y;
}

104.
まとめ
• プロジェクト Valhalla は Value Types だけではない
• いくつかの（比較的に）小規模サブプロジェクトもある
• 進捗はあるけど、Value Types を普通に使えるようになるまで
時間かかりそう

105.
ありがとうございます！