Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.

How Scala code is expressed in the JVM

6,772 views

Published on

ScalaMatsuri 2016 1/30(土) 14:30 - 14:45 「ScalaコードはJVMでどのように表現されているのか」で使用したスライドです。

Published in: Technology

How Scala code is expressed in the JVM

  1. 1. Koichi  Sakata  (阪田  浩一)   @jyukutyo How  Scala  code  is   expressed  in  the  JVM   -­‐  ScalaMatsuri  2016  -­‐
  2. 2. 関ジャバです! 2 @jyukutyo produced three Java framework books one was translated into Korean JUG Leader (KansaiJUG) blog:Fight the Future http://jyukutyo.hatenablog.com/ FURYU CORPORATION age: 36 Koichi Sakata (阪田 浩一) フリューの阪田です 関ジャバの会長です
  3. 3. I  ♥  JVM
  4. 4. this  session  is   for  beginners   about  JVM   byte  codes このセッションは JVMのバイトコード初心者向けです
  5. 5. Do  you  know   what  happens   when  we  compile   Scala  code? Scalaコードをコンパイルする時 何が起こるかご存じでしょうか?
  6. 6. Java Scala JRuby Groovy C o m p i l e r Class   file cafe babe 0000 0032 0017 0100 JVM Class   file Class   file Class   file Class   file Class   file § Runs § Interprets § Translates bytecode into Native Machine Code
  7. 7. Have  you  ever   opened     a  class  file? クラスファイルを開いたことはありますか
  8. 8. First,     let's  try  opening     a  class  file     from  a  simple     Java  code Javaのクラスファイルを開いてみましょう
  9. 9. Hello  World  (Java)   public  class  HelloWorld  {      public  static  void  main(String[]  args)  {          System.out.println("Hello,  world!");      }   }   § Compiled  into...   § HelloWorld.class  
  10. 10. open   HelloWorld.class   file     with  binary  editor   e.g.)  hexl-­‐find-­‐file   (Emacs) クラスファイルをバイナリエディタで開く
  11. 11. cafe  babe  0000  0032  0017  0100  0a48  656c   6c6f  576f  726c  6407  0001  0100  106a  6176   612f  6c61  6e67  2f4f  626a  6563  7407  0003   0100  1048  656c  6c6f  576f  726c  642e  7363   616c  6101  001e  4c73  6361  6c61  2f72  6566   6c65  6374  2f53  6361  6c61  5369  676e  6174   7572  653b  0100  0562  7974  6573  0100  ef06   0115  3a51  2101  0209  0215  0921  0253  336d   593e  3c76  4e1d  3765  1505  1911  6102  1f66   5b42  2418  5050  0201  2109  3171  2144  0103   0d15  4121  0123  010a  0529  4155  0d1c  3770   2f3e  1448  0e5a  0a03  0f29  0122  6103  080e   0331  5111  2144  0106  670e  0c47  2e59  0503   1f31  1161  2111  387a  2516  3407  2242  0908
  12. 12. you  will   close  the  editor   right  away すぐにエディタを閉じるでしょう
  13. 13. class  file   has  a  format クラスファイルには フォーマットがあります
  14. 14. ClassFile  {      u4                          magic;      u2                          minor_version;      u2                          major_version;      u2                          constant_pool_count;      cp_info    constant_pool[constant_pool_count-­‐1];      u2                          access_flags;      u2                          this_class;      u2                          super_class;      u2                          interfaces_count;      u2            interfaces[interfaces_count];   ...   -­‐-­‐  u1  represents  one-­‐byte  quantity,        Hexadecimal  2  digit.
  15. 15. ...      u2                          fields_count;      field_info          fields[fields_count];      u2                          methods_count;      method_info      methods[methods_count];      u2                          attributes_count;      attribute_info  attributes[attributes_count];   }   -­‐-­‐  u1  represents  one-­‐byte  quantity,        Hexadecimal  2  digit. u1が1バイト 16進数では2桁になります
  16. 16. Let's   try  again
  17. 17. cafe  babe  0000  0032  0017  0100  0a48  656c   6c6f  576f  726c  6407  0001  0100  106a  6176   612f  6c61  6e67  2f4f  626a  6563  7407  0003   0100  1048  656c  6c6f  576f  726c  642e  7363   616c  6101  001e  4c73  6361  6c61  2f72  6566   6c65  6374  2f53  6361  6c61  5369  676e  6174   7572  653b  0100  0562  7974  6573  0100  ef06   0115  3a51  2101  0209  0215  0921  0253  336d   593e  3c76  4e1d  3765  1505  1911  6102  1f66   5b42  2418  5050  0201  2109  3171  2144  0103   0d15  4121  0123  010a  0529  4155  0d1c  3770   2f3e  1448  0e5a  0a03  0f29  0122  6103  080e   0331  5111  2144  0106  670e  0c47  2e59  0503   1f31  1161  2111  387a  2516  3407  2242  0908
  18. 18. cafe  babe  0000  0032   ClassFile  {      u4                          magic;      u2                          minor_version;      u2                          major_version;  
  19. 19. "magic"  is  always   "0xCAFEBABE"
  20. 20. major:  0x0032  =  50   minor:  0x0000  =  0   50.0  means  Java  SE  6   51.0  is  7,  52.0  is  8...
  21. 21. Yes!
  22. 22. but,  this  is   purgatory でもこれは苦行です
  23. 23. Never  mind!   We  have   a  handy  tool! 便利なツールがあります!
  24. 24. javap  command   The  Java  Class  File  Disassembler   § included  in  JDK   § `javap  -­‐v  [FQCN]`   § Scala  REPL   § scala>  :javap  [FQCN]   § equivalent  to  `javap  -­‐v`   http://docs.oracle.com/javase/7/docs/technotes/tools/windows/javap.html javap - Java クラスファイル逆アセンブラ
  25. 25. so,  a  class  file     can  be   disassembled   to  Java  Classes クラスファイルはJavaのクラスに 逆アセンブルできるのです
  26. 26. javap  -­‐v  HelloWorld
  27. 27. public  class  HelloWorld      minor  version:  0      major  version:  52   Constant  pool:        #1  =  Methodref                    #6.#15                 //  java/lang/Object."<init>":()V        #2  =  Fieldref                      #16.#17               //  java/lang/System.out:Ljava/io/ PrintStream;        #3  =  String                          #18                       //  Hello,  world!        #4  =  Methodref                    #19.#20               //  java/io/PrintStream.println:(Ljava/ lang/String;)V
  28. 28. Constant  pool  is   a  table  of   symbolic   information コンスタントプールは シンボル情報のテーブル
  29. 29. public  static  void   main(java.lang.String[]);    Code:                0:  getstatic          #2                            3:  ldc                      #3                            5:  invokevirtual  #4                            8:  return  
  30. 30. JVM  instructions   aaload aastore aconst_null aload anewarray areturn arraylength astore athrow baload bastore bipush caload castore checkcast d2f d2i d2l dadd daload dastore dcmp<op> dconst_<d> ddiv dload dmul dneg ...
  31. 31. about  200   instructions
  32. 32. Since  first   release  of  Java,   added  instruction   is  ... Javaが最初にリリースされてから 追加されたJVM命令は...
  33. 33. only  ONE!
  34. 34. Initial  design     of  JVM     is  excellent! JVMは初期設計から優秀だった!
  35. 35. instructions  of  method  call   invokevirtual invoke  instance  method;   dispatched  based  on  class invokeinterface invoke  interface  method invokestatic invoke  static  method invokespecial invoke  method;   superclass,  private,   constructor... invokedynamic invoke  dynamic  method
  36. 36. public  static  void   main(java.lang.String[]);    Code:                0:  getstatic          #2                            3:  ldc                      #3                            5:  invokevirtual  #4                            8:  return   -­‐-­‐  #0  =  index  of  Constant  pool  
  37. 37. public  class  HelloWorld   Constant  pool:        #1  =  Methodref                    #6.#15                 //  java/lang/Object."<init>":()V        #2  =  Fieldref                      #16.#17               //  java/lang/System.out:Ljava/io/ PrintStream;        #3  =  String                          #18                       //  Hello,  world!        #4  =  Methodref                    #19.#20               //  java/io/PrintStream.println:(Ljava/ lang/String;)V   ...
  38. 38. OK!   It's  Scala's  turn!
  39. 39. Hello  world
  40. 40. Hello  World  (Scala)   object  HelloWorld  {      def  main(args:  Array[String])  {          println("Hello,  world!")      }   }   § Compiled  into...   § HelloWorld.class   § HelloWorld$.class  
  41. 41. public  final  class  HelloWorld   Constant  pool:      #15  =  NameAndType                #13:#14               //  MODULE$:LHelloWorld$;      #16  =  Fieldref                      #12.#15               //  HelloWorld$.MODULE$:LHelloWorld$;      #17  =  NameAndType                #9:#10                 //  main:([Ljava/lang/String;)V      #18  =  Methodref                    #12.#17               //  HelloWorld$.main:   ([Ljava/lang/String;)V   ...
  42. 42. public  static  void     main(java.lang.String[]);      0:  getstatic          #16                                 //  Field  HelloWorld$.   MODULE$:LHelloWorld$;      3:  aload_0      4:  invokevirtual  #18   //  Method  HelloWorld$.main:   ([Ljava/lang/String;)V      7:  return   -­‐-­‐  4:  in  Java   HelloWorld$.MODULE$.main(arg);
  43. 43. public  final  class  HelloWorld$   -­‐-­‐  omit  Constant  pool      public  static  {};                    0:  new                      #2             //  class  HelloWorld$                    3:  invokespecial  #12           //  Method  "<init>":()V                    6:  return   -­‐-­‐  <init>  means  constructor  
  44. 44.    public  void  main(java.lang.String[]);                    0:  getstatic          #19                         //  Field  scala/Predef$.MODULE$:   Lscala/Predef$;                    3:  ldc                      #21                         //  String  Hello,  world!                    5:  invokevirtual  #25                         //  Method  scala/Predef$.println:   (Ljava/lang/Object;)V                    8:  return  
  45. 45. you  can  read  it!
  46. 46. The  following  samples   are  quoted     from  tutorials     in  Scala  official  site   http://docs.scala-­‐lang.org/tutorials/ これ以降で使用するサンプルは Scalaの公式サイトのチュートリアルです
  47. 47. Traits
  48. 48. trait  Similarity  {      def  isSimilar(x:  Any):  Boolean      def  isNotSimilar(x:  Any):  Boolean  =    !isSimilar(x)   }   class  Point(xc:  Int,  yc:  Int)     extends  Similarity  {      var  x:  Int  =  xc      var  y:  Int  =  yc      def  isSimilar(obj:  Any)  =          obj.isInstanceOf[Point]  &&          obj.asInstanceOf[Point].x  ==  x   }  
  49. 49. § Compiled  into...   § Similarity.class   § Similarity$class.class   § Point.class  
  50. 50. javap  -­‐v
  51. 51. public  interface  Similarity      public  abstract  boolean     isSimilar(java.lang.Object);            public  abstract  boolean     isNotSimilar(java.lang.Object);  
  52. 52. public  abstract  class  Similarity$class      public  static  boolean     isNotSimilar(Similarity,j.l.Object);                    0:  aload_0                    1:  aload_1                    2:  invokeinterface  #13,    2             //  InterfaceMethod   Similarity.isSimilar:   (Ljava/lang/Object;)Z                    7:  ifeq                    14                  10:  iconst_0                  11:  goto                    15                  14:  iconst_1                  15:  ireturn
  53. 53. a  trait  is     divided  into     an  interface  and   an  abstract  class トレイトはインタフェースと 抽象クラスに分かれます
  54. 54. Case  Classes
  55. 55. abstract  class  Term   case  class  Var(name:  String)    extends  Term   case  class  Fun(arg:  String,  body:  Term)     extends  Term   case  class  App(f:  Term,  v:  Term)     extends  Term  
  56. 56. § Compiled  into...   § Term.class   § App.class   § App$.class   § Fun.class   § Fun$.class   § Var.class   § Var$.class  
  57. 57. javap  -­‐v
  58. 58. public  class  App  extends  Term    implements  s.Product,s.Serializable      public  static     s.Option<scala.Tuple2<Term,  Term>>   unapply(App);      public  static  App  apply(Term,  Term);      public  ...  tupled();      public  ...  curried();      public  Term  f();      public  Term  v();      public  App  copy(Term,  Term);      public  j.l.String  productPrefix();      public  boolean  equals(j.l.Object);   ...
  59. 59. public  final  class  App$  extends     s.r.AbstractFunction2<Term,  Term,  App>   implements  scala.Serializable      public  App  apply(Term,  Term);                    0:  new                      #23                         //  class  App                    3:  dup                    4:  aload_1                    5:  aload_2                    6:  invokespecial  #26                         //  Method  App."<init>":(LTerm;LTerm;)V                    9:  areturn  
  60. 60. Fun  and  Var  looks   the  same  as  App FunとVarも同様の内容です
  61. 61. Scala  compiler   generates     many  functions   from  few  snippets   of  code Scalaコンパイラは少ないコードから 多くの機能を生成しています
  62. 62. Pattern  Matching
  63. 63. object  MatchTest2  extends  App  {      def  matchTest(x:  Any):  Any  =  x  match      {          case  1  =>  "one"          case  "two"  =>  2          case  y:  Int  =>  "scala.Int"      }      println(matchTest("two"))   }
  64. 64. § Compiled  into...   § MatchTest2.class   § MatchTest2$.class   § MatchTest2$delayedInit$body.class  
  65. 65. javap  -­‐v
  66. 66. public  final  class  MatchTest2$     implements  scala.App                    7:  invokestatic    #67                         //  Method  BoxesRunTime.equals:..                  10:  ifeq                    19                  13:  ldc                      #69                         //  String  one                  15:  astore_3                  16:  goto                    46                  19:  ldc                      #71                         //  String  two                  21:  aload_2                  22:  invokevirtual  #74                         //  Method  java/lang/Object.equals:  
  67. 67.                                  19:  ldc                      #71                         //  String  two                  21:  aload_2                  22:  invokevirtual  #74                         //  Method  java/lang/Object.equals:   (Ljava/lang/Object;)Z                  25:  ifeq                    36                  28:  iconst_2                  32:  astore_3                  33:  goto                    46
  68. 68.                36:  aload_2                  37:  instanceof        #76                         //  class  java/lang/Integer                  40:  ifeq                    48                  43:  ldc                      #78                         //  String  scala.Int                  45:  astore_3                  46:  aload_3                  47:  areturn   ...
  69. 69. Compiled  into   if  statements if文へコンパイルしています
  70. 70. in  case  of   another  Pattern   Matching... 違うパターンマッチの場合
  71. 71. object  MatchTest1  {      def  matchTest(x:  Int):  String  =  x   match  {          case  1  =>  "one"          case  2  =>  "two"          case  _  =>  "many"      }      def  main(args:  Array[String])  {          println(matchTest(3))      }   }
  72. 72. javap  -­‐v
  73. 73.                  3:  tableswitch      {  //  1  to  2                                                1:  34                                                2:  29                                    default:  24                          }                  24:  ldc                      #16                         //  String  many                  26:  goto                    36                  29:  ldc                      #18                         //  String  two                  31:  goto                    36                  34:  ldc                      #20                         //  String  one                  36:  areturn
  74. 74. Compiled  into   a  switch  statement switch文にコンパイルしています
  75. 75. Currying
  76. 76. object  CurryTest  {      def  filter(xs:  List[Int],     p:  Int  =>  Boolean):  List[Int]  =          if  (xs.isEmpty)  xs          else  if  (p(xs.head))     xs.head  ::  filter(xs.tail,  p)          else  filter(xs.tail,  p)      def  modN(n:  Int)(x:  Int)  =     ((x  %  n)  ==  0)  
  77. 77.    def  main(args:  Array[String])  {          val  nums  =  List(1,  2,  3,  4,     5,  6,  7,  8)          println(filter(nums,  modN(2)))          println(filter(nums,  modN(3)))      }   }  
  78. 78. § Compiled  into...   § CurryTest.class   § CurryTest$.class   § CurryTest$$anonfun$main$1.class   § CurryTest$$anonfun$main$2.class  
  79. 79. javap  -­‐v
  80. 80. public  final  class     CurryTest$$anonfun$main$1  extends   scala.runtime.AbstractFunction1$mcZI$sp   implements  scala.Serializable      public  boolean  apply$mcZI$sp(int);                    3:  iconst_2                    4:  iload_1                    5:  invokevirtual  #33                         //  Method  CurryTest$.modN:(II)Z                    8:  ireturn  
  81. 81. public  final  class     CurryTest$$anonfun$main$2  extends   scala.runtime.AbstractFunction1$mcZI$sp   implements  scala.Serializable      public  boolean  apply$mcZI$sp(int);                    3:  iconst_3                    4:  iload_1                    5:  invokevirtual  #33                         //  Method  CurryTest$.modN:(II)Z                    8:  ireturn  
  82. 82.    def  main(args:  Array[String])  {          val  nums  =  List(1,  2,  3,  4,     5,  6,  7,  8)          println(filter(nums,  modN(2)))          println(filter(nums,  modN(3)))      }   }  
  83. 83. each  partial   application   creates     a  new  class 部分適用の箇所ごとに クラスを生成しています
  84. 84. public  final  class  CurryTest$   ...      public  void  main(java.lang.String[]);                  63:  invokespecial  #82                         //  Method  CurryTest$$anonfun$main$1.   "<init>":()V                  66:  invokevirtual  #41                         //  Method  filter:(Lscala/collection/   immutable/List;Lscala/Function1;)   Lscala/collection/immutable/List;                  69:  invokevirtual  #86                         //  Method  scala/Predef$.println:   (Ljava/lang/Object;)V
  85. 85. public  final  class     CurryTest$$anonfun$main$1  extends   scala.runtime.AbstractFunction1$mcZI$sp   implements  scala.Serializable  
  86. 86. CurryTest$$anonfun $main$2   is  same $2も同様です
  87. 87.                81:  invokespecial  #89                         //  Method  CurryTest$$anonfun$main$2.   "<init>":()V                                    84:  invokevirtual  #41                         //  Method  filter:(Lscala/collection/   immutable/List;Lscala/Function1;)   Lscala/collection/immutable/List;                  87:  invokevirtual  #86                         //  Method  scala/Predef$.println:   (Ljava/lang/Object;)V  
  88. 88. § Summary   § JVM  is  excellent!   § class  file  has  a  format   § javap  is  useful  to  understand       Scala  at  the  bytecode  level     Try  typing  "javap"   after  you  compile   Scala  code
  89. 89. Thank  you!

×