Catch up Java 12 and Java 13

1. CatchupJava12andJava13 KUBOTAYuji(@sugarlife) LINECorporation JJUGCCC2019Spring(2019/May/18)

2. KUBOTAYuji(@sugarlife) JVM好き,IcedTeacommitter/OpenJDKAuthor WEB+DBで「DivetoJava」連載中 https://www.slideshare.net/YujiKubota/ 好きなパッケージは sun.jvm.hotspot 2

3. 本セッションで話すこと Java12から利用できる機能と変更点 Java13以降から利用できる可能性がある機能と変更点話さないこと非互換性 git.io/jdk12git.io/jdk11git.io/jdk10 3

4. 前置き本資料は jdk.java.net からダウンロードできる JDK 12.0.1 および JDK 13 (build 20) で極力動作確認していますが、全ての確認はできていませんのでコードを修正する前に動作確認してください実装は hg.openjdk.java.net/jdk-updates/jdk12u および jdk/jdk で確認しています 4

5. Java12 8JavaEnhancementProposals(JEP) 101Compatibility&SpecificationReviews(CSR) 10FixedEnhancementTickets 286FixedBugTickets 5

6. JEPs 189:Shenandoah:ALow‑Pause‑TimeGarbageCollector (Experimental) 230:MicrobenchmarkSuite 325:SwitchExpressions(Preview) 334:JVMConstantsAPI 340:OneAArch64Port,NotTwo 341:DefaultCDSArchives 344:AbortableMixedCollectionsforG1 346:PromptlyReturnUnusedCommittedMemoryfromG1 6

7. 189:Shenandoah:ALow‑Pause‑TimeGarbageCollector (Experimental) 重要度：★☆☆ 乱暴に言うとConcurrentなEvacuationを持つ非世代別なG1GC G1はライブオブジェクトのCopy時(≒Evacuation)にJavaスレッドを止めて(≒StopTheWorld,STW)オブジェクトのアドレス更新する必要があるが、Shenandoahは関節参照を追加することで常にアドレスを最新の状態に保つようにしてこのSTWを削減したヒープをリージョンに区切って等しく(世代別ではなく)管理してるので、総ヒープサイズに依存することなく一回のGC時間は一定だと期待できる。 100GBと2GBで変わらないと良く書かれてるのはこれとはいえゴミが多ければGC頻度が増えて総時間も増えることは普通にある 7

8. Experimental機能。将来的に正式機能となる見込み。 RedHatが開発したのでRedHat提供のOpenJDKでは Production‑readyとして入っている現時点で使うとしたらヒープサイズや、プロセスが良く作るオブジェクトの種類に応じて選択することになる以下、個人の所感 G1は全リージョンスキャンするタイミングが少ないのでクラスアンローディングなどが苦手 ZGCは基本32GB以上前提なのとほぼ全て並列処理なので比較的CPUネックになりやすい Parallelは巨大ヒープでSTWが極悪になる ShenandoahはG1とZGCのいいとこ取りのようにも見えるがCompressedOops有無や弱参照の比較を見てみたい ServiceabilityToolの対応状況も大事 8

9. 346:PromptlyReturnUnusedCommittedMemoryfromG1 重要度：★★☆ 未使用のメモリをOSに返すようになった G1のconcurrentmarkcycle時に最大で最小ヒープサイズまで不要なメモリを返すようになった G1の改善型とも言えるShenandoahの取り組みがG1にも反映された -XX:G1PeriodicGCInterval でチェックする間隔をミリ秒で設定できる HotSpotVMは基本的に一度掴んだメモリはOSに返さない振舞いをするので、短い期間しか重い処理を行わないようなプロセスは常駐に不向きだった。このようなケースが解消される 9

10. 344:AbortableMixedCollectionsforG1 重要度：★★☆ MixedGCを中断可能にすることで、ユーザが設定した停止時間の目標値を守りやすくした G1はヒープをリージョンと呼ばれる単位で管理し、目標値を達成できるようにGC対象とするリージョンのリスト(コレクションセット,CSet)を決定するが、アプリ動作が変わるなどして CSetが大きくなりすぎて目標値を超過してしまうことがある誤った量のCSetを繰り返し選択した状態を検出してMixedGC を中断可能にすることで、目標値を守れる度合を増やせるようにした検出したら段階的にCSetを選択して実行する 10

11. この改善の際に得られたヒントにより次の改善等がJava13で行われた JDK‑8218668:Cleanupevacuationofoptionalcollectionset JDK‑8219100:Improvedo_collection_pause_at_safepoint このようにGCは継続的に改善が行われていく 11

12. 325:SwitchExpressions(Preview) 重要度：★☆☆ かなり便利なのだがプレビュー版なのでJava12を導入したら即使うものでもない --enable-preview オプションを指定する必要があるフィードバックを得て(いくつか変更を経て)正式に導入される予定 Switch「文」が「式」として使用できるようになった条件ごとに変数に代入を繰り返していたが一発で書けるようになった副作用としてbreak抜けなどを防げるので積極的に導入したい 12

13. Before boolean isLTS; switch (javaVersion) { case 8: case 11: isLTS = true; break; case 9: case 10: case 12: isLTS = false; break; default: if (javaVersion > 11 && (javaVersion-11)%6==0) { isLTS = true; } else { isLTS = false; } } 13

14. After // 式なので代入可能 boolean isLTS = switch (javaVersion) { case 8, 11 -> true; // 複数case, -> で戻り値 case 9, 10, 12 -> false; default -> { // 囲めば処理も書ける if (javaVersion > 11 && (javaVersion-11)%6==0) { break true; // break で戻り値指定 } else { break false; } } }; 14

15. 341:DefaultCDSArchives 重要度：★★☆ 何もせずともJavaプロセスの起動時間が短縮される Class‑DataSharing,CDSとはクラスや文字列などをアーカイブファイルにダンプして複数プロセスで共有する機能 JDKのクラスは当然ながら最も共有可能な情報なのでこのアーカイブファイルが提供された、というのがこれクラスローディングが一部省略される等でプロセスの起動時間やメモリフットプリントが削減される FaaSとか短命プロセスを立ち上げまくるケースで特に有効 AppCDSも組み合わせるのが良い 15

16. 334:JVMConstantsAPI 重要度：★★☆ Java10まではprimitiveとリテラルを持つStringだけConstant‑Pool に格納できた Java11から通称 condy と呼ばれる ConstantDynamic がサポートされ、その他もConstant‑Poolで扱えるようになり、かつ定数の初期化処理が必要になるまで遅延可能になったこの遅延効果によりJavaプロセス起動が早くなる 16

17. 今回のはこれのJDKAPIの追加 java.lang.constant パッケージが java.base モジュールに追加され、定数として使われるであろうクラス群( Integer や Enum 等)が拡張された Lombokなりで対応したいが自作の定数クラスについても Constable や ConstantDesc インターフェースを実装するのが望ましいかもかも＝まだ(私の中で)ベストプラクティスが定まってないこの取組はProjectAmberの一環なのでBrianGoetzの仕様草案(の一部)もとても参考になる 17

18. (APIの変更差分) https://docs.oracle.com/en/java/javase/12/docs/api/java.base/java/lan g/Integer.html 18

19. 230:MicrobenchmarkSuite 重要度：★☆☆ OpenJDK開発者向けであって利用者的には関係なし JavaMicrobenchmarkHarness(JMH)というマイクロベンチマークのフレームワークがOpenJDKコミュニティで開発・提供されている JDKソースコードにこれを利用したベンチマークが追加された JMHはマイクロベンチマーク時の選択肢の一つとして大変便利 (IntelliJプラグインもある) 19

20. 340:OneAArch64Port,NotTwo 重要度：★☆☆ OpenJDKのARM64bitポーティングのコードが重複(arm64, aarch64)してたのでaarch64にマージされた完全にOpenJDK開発者向けであって利用者的には全く関係なし 20

21. APIs すべてのAPI差分はJSR386(Java12のJavaSpecificationRequest)のページから入手できる JSR‑000386JavaSE12FinalReleaseAnnex2forEvaluation 21

22. bitnotableAPIs CompactNumberFormat InputStream#skipNBytes String#indent Files#mismatch notableAPIs String#transform Collectors#teeing CompletableFuture#exceptionally{Compose}{Async} 22

23. java.text.CompactNumberFormat JDK‑8177552:CompactNumberFormattingsupport jshell> NumberFormat.getCompactNumberInstance() .format(10000) $2 ==> "1万" 23

24. 端数どうしてると思います？ jshell> NumberFormat.getCompactNumberInstance() .format(15001) $3 ==> "2万" jshell> NumberFormat.getCompactNumberInstance() .format(14005) $4 ==> "1万" 24

25. java.io.InputStream#skipNBytes(long) 指定したバイト数データをskipする既存の skip(long) はskipしたバイト数を返す今回の skipNBytes(long) は指定したバイト数skipできなかったら EOFException を返すエラー時に -1 か Exception のどちらを返すべき？ String#indent(int) 指定した数分インデントを追加する。マイナスなら削除 Files#mismatch(Path,Path) 指定した二つのファイルの最初の差分の位置を返す。同じなら -1 25

26. String#transform(Function<?superString,?extendsR>f) Stringに対する関数を適用させるメソッド考える順にlambda式で書けるので見通しが良い例：プログラム言語からマスコットのライセンスを取得する言語名からマスコット名を取得するメソッド Mascot::getName マスコット名からライセンスを取得するメソッド Mascot::getLicense Mascot.getLisence(Mascot.getName("Java")) "Java".transform(Mascot::getName) .transform(Mascot::getLisence) 26

27. Collectors#teeing(Collector,Collector,BiFunction) 渡した二つのCollectorの結果をBiFunctionに流す(結合する) 一つのデータに複数の処理を同時に加工できる jshell> Stream.of("J","a","v","a"," ","1","2") .collect(Collectors.teeing( Collectors.joining(), Collectors.counting(), (x,y)->(x+"の文字数は"+y))) $5 ==> "Java 12の文字数は7" 例えばスレッドのリスト対してRUNNABLEなスレッドの名前を列挙しつつ、BLOCKEDなスレッドの個数を","でつなぐと言ったこともできる 27

28. CompletableFuture#exceptionally{Compose}{Async} Exceptionhandlerである exceptionally(Function) メソッドが元々あり、これは前段で例外がスローされたときにキャッチ(して実行)するメソッドこれを非同期に行う Async とthenComposeを行う Compose 、 Composeを非同期で行う ComposeAsync が追加された Async はForkJoinPoolの管理ワーカで実行される(通常のエラーハンドリング処理はメインスレッドでやる) 分かりやすいので CompletableFuture クラスで紹介しているが、実態は CompletionStage インターフェースに追加された 28

29. CompletableFuture.runAsync(() -> { // エラーが生じうる処理 throw new RuntimeException(); }).exceptionallyAsync(e -> { // ここのパターンが増えた // エラーハンドリング処理 return null; }).get(5, TimeUnit.SECONDS); 29

30. Otherenhancements JDK‑8209923:Unicode11 JDK‑8202286:AllocationofoldgenerationofJavaheapon alternatememorydevices JDK‑8211845:Anewswitchtocontrolverbosityofhs‑errfiles -XX:+ExtensiveErrorReports JDK‑8205517:JFRtool jfr print --json --category xxx --event yyy zzz.jfr フライトレコードをElasticにjsonで流すなどが可能に 30

31. Java13+ Projects Amber Valhalla Panama Loom Metropolis Skara Portola JEP:35Draft,5Submitted,27Candidate JIRABoard 31

32. ProjectAmber Java言語仕様の大変革動的なクラスファイル定数 SymbolicReferencesforConstants SwitchExpression RawStringLiterral Patternmatching 大きすぎてまとめて入るのではなく少しずつ入ってきてる下2つはJava12に間に合わなかったが一部はAPI追加という形で入ってきてる(String#indentなど) 32

33. ProjectValhalla 配列レイアウト改善 CPUキャッシュ効率改善に向けた value 型の追加 33

34. ProjectPanama JVMの外側との連携安全かつ高性能なJNIの置き換え Javaコードとネイティブコードとの連携 ForeignFunctionInterface,FFI Javaコードからの低レベルなHW制御 Vector演算、不揮発性メモリ 34

35. ProjectLoom 軽量スレッドFiber JVMで百万規模のスレッド(Fiber)を動かすマルチスレッドプログラミングの簡易化 35

36. ProjectMetropolis Java‑on‑Java Graalcompiler AOTstaticcompilation 36

37. ProjectSkara https://github.com/openjdk/jdk 37

38. ProjectPortola PortingtoAlpine/musl 38

39. 350:DynamicCDSArchives Java13で導入予定アプリケーション実行終了時にクラスを動的にアーカイブする仕組み Java12はJDK標準ライブラリクラスのアーカイブが同梱され、この取組でロードされたアプリケーションクラスやライブラリクラスのを自動的にアーカイブすることで、より楽にAppCDSを使えるようになる元々AppCDSを使うには一度クラスをロードさせる必要があるので試運転が必要だった。なおロードされなかったクラスは動作に不要なのでアーカイブされない 39

40. 351:ZGC:UncommitUnusedMemory Java13で導入予定 Java12で入ったG1のと同様にZGCも使ってないメモリをOSに返すようになる。ちなみに今のところは返さない Shenandoahは最初から返す仕組みが備わっている 40

41. 353:ReimplementtheLegacySocketAPI Java13で導入予定(提案レビュー中) SocketAPI( java.net.Socket , java.net.ServerSocket )の一新既存実装はSocketImplのレガシーなSPI(SupportProviderInterface)機構のJavaとCの実装で成り立っており、スレッドスタックをI/Oバッファとして利用していたり、非同期処理をnativeなデータ構造で達成していたりと信頼性や移植性が損ねる状態だった今後ProjectLoomによりユーザモードなスレッド(Fiber)が導入されることもあり、ネイティブな世界でブロックすることなく停止(park)できるように NioSocketImpl が導入される。とはいえ昔の実装も使えるようオプションで切り替えられる予定 41

42. 352:Non‑VolatileMappedByteBuffers NVM向けの MappedByteBuffer API追加この流れでunmmapedするAPIも生えないかしら 42

43. 301:EnhancedEnums Enumの拡張。二年前から取組中。 Before public enum JDKNumber { YEAR(18), FULL(18.3); public final Number version; JDKNumber(Number version) { this.version = version; } } float jdkVersion = (float)JDKNumber.Full.version; 43

44. After public enum JDKNumber<T extends Number> { YEAR<Integer>(18), Full<Float>(18.3); public final T version; JDKNumber(T version) { this.version = version; } } float jdkVersion = JDKNumber.Full.version; 44

45. 305:Patternmatchingforinstanceof Before if (obj instanceof Double) { Double d = (Double) obj; // d を使った処理 } After if (obj instanceof Double d) { // d を使った処理 } switch でも同じように書ける switch (obj) { case Integer i: // intの時にやらせたい処理 case Double d: // doubleの時にやらせたい処理 } 45

46. 355:TextBlocks Before String html = "<html>n" + " <body>n" + " <p>Hello, world</p>n" + " </body>n" + "</html>n"; After String html = """ <html> <body> <p>Hello, world</p> </body> </html> """; 46

47. 349:JFREventStreaming これまでディスクに書き込まれたバイナリデータから解析やモニタリングを行う必要があったが、ストリーミングで流し込むことが可能になる今まで何故なかったのかというぐらい便利。性能次第ではJMXや一部のロギングをこれに置き換えることも十分にあり得る早く来て欲しい 47

48. CatchupJava12andJava13 KUBOTAYuji(@sugarlife) LINECorporation JJUGCCC2019Spring(2019/May/18)

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Yuji Kubota

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