GC本のツクリカタ

GC本のツクリカタ
Making of the GC book

nari/中村成洋
ネットワーク応用通信研究所

GC本のツクリカタ - Making of the GC book Powered by Rabbit 0.6.4

自己紹介

✓ nari/中村成洋です
✓ 福岡生まれ、島根在住
✓ NaCl勤務

2/202

自己紹介

✓ GC歴 3.5年（駆け出し）
✓ アイス工場歴 3年
✓ 大体一緒くらい

3/202

GC本を持っている人？
ノシ

全部読んだ人？
ノシ

今日お話しする内容！！

注：GC本の内容自体には
あまり触れません

（が、読んでおかないと分か
らない箇所もありそう）

GC本に習って二部構成に
しました

今日話すこと

✓ ノーマル編
✓ ガチムチ編

15/202

今日話すこと

✓ ノーマル編
✓ GC本のツクリカタ

✓ ガチムチ編

16/202

今日話すこと

✓ ノーマル編
✓ GC本のツクリカタ

✓ ガチムチ編

17/202

相川（共著者）さんとの
出会い

内容

✓ 大卒の論文でGCのWikiを参考に
したそう
✓ GCで有名な京都の方にある研究室（Y
研）

✓ GCLover同士の出会い

22/202

その後

✓ 院でRubyのGCを研究
✓ 相川さんが笹田さんにお世話にな
る
✓ 回り回ってまたお知り合いに

23/202

GC勉強会

✓ 毎週Skypeで「GC勉強会」
✓ GCの論文の話しとか
✓ このとき「G1GC」を題材にしたが
理解できず

24/202

nari「一緒に書きません
か？」

卒業できて良かった
(つд⊂)ｴｰﾝ

竹内先生（監修者）との出
会い

相川さん=>笹田研=>竹内研

✓ よく分からないけどこんな感じで
お願いできた
✓ 退官される忙しい時期にお願い
✓ 快く了承してもらう

31/202

すべての原稿をレビュー

✓ 特にアルゴリズム編はよく読んで
いただいた
✓ 多くの原稿は電車の中で読まれ
たそう

32/202

ドラクエ7問題

✓ ドラクエ7がレビュー時期に発売
✓ 竹内先生はドラクエが好き
✓ 電車の中でプレイ可能な
NintendoDS

33/202

あとは言わなくても
分かりますよね！

とはいえ遅れなく

✓ さまざま指摘を頂いた
✓ 優しくも厳しい、絶妙
✓ レビュー結果は真鵺道にて記述

35/202

とっても勉強なりました

最終講義でも「GC本」紹介
してもらいました(;-;)

まつもとさん
（Ruby作者兼帯職人）
との出会い

会社の飲み会終わりに

nari「今度、GCの本を書く
ことになりました」

nari「GC本の帯をお願いし
たいのですが…」

nari「(´；ω；｀)ﾌﾞﾜｯ」

素晴らしい帯

古（いにしえ）からの魔
法、ガベージコレクショ
ンの秘密を完全解説
[「ガベージコレクションのアルゴリズムと実装 − 帯」より
引用]

45/202

その他にもさまざまな出会い

✓ 編集者さん
✓ レビューアのみなさん
✓ Evan Phoenix
✓ 読書会を開いてくれる＆来てくれ
るみなさん
46/202

出会いの中心にあった『GC
本』

GC本出すよ！

✓ 誰得ですか？
✓ 私は買いますが、他に誰か買いま
すか？

50/202

（　´∀｀）つ□ 涙拭けよ

GC本の企画自体も通るか微妙
✓ 編集者さんの力でなんとかしても
らった
✓ 「先見の明」がある
✓ 「本ではなく、人を売り出したい」
✓ 「本は出してみないと結果がわか
らない」
52/202

が、おかげさまで好評です。
感謝感謝m(_ _)m

なぜここまで好評であった
か？

たぶん「2つの問題」を
解決しているから

「若者のGC離れ」
が深刻化

ある懇親会での出来事

学生さん「GCに興味がある
んですよ」

学生さん「GCってどうなっ
てるんですか？」

nari「えーと、まずルートとい
うものが…」

学生さん「GCに興味がある
んです」

学生さん「コピーGCって保
守的GCなんですか？」

原因

✓ 日本語でGCについて詳細に書か
れた本がない
✓ 英語の本はある（RJGC）

✓ アルゴリズムは知っていてもイマ
イチ実装と結びついてない

73/202

では、どうすればよいか？

アルゴリズム 3 ：実装 7

理由

✓ 単純にアルゴリズムを使用する
ケースは少ない
✓ RJGCと違うものを

79/202

理由

✓ いろんな言語処理系のGC実装を
紹介した本は世界的にない
✓ アルゴリズムはGCの一面でしか
ない（実装ありき）

80/202

問題の解決は？

✓ 知識の底上げはできた（気がす
る）
✓ すくなくとも「GC本読んでください」と
言える！

✓ GCを実装する人が増えてくれ
る…といいなぁ
81/202

初心者向けの
本が多すぎる

見渡せば入門書ばかり

✓ 初めてのXX
✓ XX入門

84/202

もちろん入門書は欲しいけ
ど

重複した入門書は欲しくな
い

私はもっとガチな本が読み
たい！

我々が愛したガチ本

✓ RHG(Rubyソースコード完全解
説）
✓ ハッカーの楽しみ
✓ Java仮想マシン仕様書
✓ etc..
88/202

GC本の構成

✓ アルゴリズム編
✓ 実装編

91/202

こういう構成はあまりない

http://twitter.com/kinaba/status/10027309487

本を書くときのポリシー

具体的には

✓ いろんな言語処理系を読んだ
✓ 言語処理系によってGCはさまざま
✓ しんどかった…

97/202

具体的には

✓ なぜこの実装を書いたのか？とい
う点を追求
✓ 泥臭い実装も説明
✓ DalvikVMとかどうしようと思った。泣け
た。

98/202

http://twitter.com/miura1729/status/10082548659

おかげでガチな内容になっ
たと思います
m(_ _)m

ノーマル編：まとめ
✓ GC本で2つの問題を解決
✓ GCを知らないけど興味がある人
に知識を提供
✓ 悶々としている人にガチな本を提
供
✓ マニアックな本でも売れた!! :)
102/202

今日話すこと

✓ ノーマル編
✓ ガチムチ編

103/202

今日話すこと

✓ ノーマル編
✓ ガチムチ編
✓ GCの実装を読むコツ
✓ GCバッドノウハウ集
✓ まぼろしの目次案

104/202

前準備(1)

✓ Emacsを使う
✓ Emacs!Emacs!!!!
✓ Emacs!Emacs!!!!

109/202

前準備(2)

✓ GCのアルゴリズムを把握

110/202

前準備(3)：3つの「g」
✓ gdb
✓ 言語処理系自体を動かせる状態に

✓ gtags
✓ 関数の呼び出し箇所を発見できる

✓ git
✓ git grep!!
111/202

前準備(4)

✓ 行数を数えて落ち着く
✓ 言語処理系全体行数、GC行数を見る

113/202

こんな順番で読んでいく

1. データ構造
2. ヒープ構造＆アロケータ
3. GC

115/202

GC三角関係

116/202

データ構造

✓ オブジェクトがどのような構成に
なっているか？
✓ ヘッダはどうなってる？

117/202

ヒープ＆アロケータ

✓ GCと密接に関係
✓ GCを切り替えるときはヒープの構
造も切り替わることが多い
✓ それにともなってアロケータも変わ
る

118/202

GC

✓ 今までで雰囲気を掴んでいるはず
✓ GCアルゴリズムをイメージしなが
ら

119/202

GC三角関係を意識し
適切な順に読んでいくのが
大事

今日話すこと

✓ ノーマル編
✓ ガチムチ編

122/202

2つだけ

1. GCの臭い
2. 謎の0xAB

124/202

「GCに関連する処理を見つ
けたいっ！」

ファイル名から嗅ぎ分ける

✓ object.h => データ構造が！！
✓ alloc.c => アロケータ！！
✓ heap.c => ヒープ！！
✓ mark_sweep.c => GC！！

129/202

grepで見つける

✓ gcでgrep => 大抵見つかる
✓ garbage collectionでgrep
✓ garbage collectorでgrep
✓ アルゴリズム名でgrep

130/202

オブジェクトを割り当て

132/202

前後に謎の0xAB

133/202

ナニコレ？

134/202

ヒント

✓ デバッグ時のみしか使わない
✓ メモリ系のバグは死ねる

135/202

メモリ破壊を検知するため

0xABの正体

✓ delete時(C++)に0xABをチェック
✓ 0xABのままならOK！
✓ 書き換わってたらメモリ破壊が
あった！

139/202

メモリ破壊系のバグはしんどい

✓ どこで書き換わったか見つけるの
が難しい
✓ gdbのwatchとか使う？
✓ 良い方法があれば教えてください
＞＜

140/202

その他、気づいた所は本に
書きました

今日話すこと

✓ ノーマル編
✓ ガチムチ編

142/202

アルゴリズム編で抜けた章

✓ 並列GC
✓ 並行GC

144/202

実装編で抜けた章

✓ HotspotVMのGC
✓ GCを作ってみよう！

145/202

紹介する予定だったアルゴリズ
ム

✓ TreadmillGC
✓ MappingCollector
✓ etc...

146/202

HotspotVM(OpenJDK7)

✓ 2ヶ月くらい掛けていた！！
✓ 50ページくらい書いていた！！
✓ タイムオーバー…orz

147/202

なのでこの場を借りて説明
します＞＜

正確なGCへの道：
HotspotVM編

HotspotVM

✓ スタックマシン
✓ スタックマシンとは（ｒｙ

150/202

JVMスタック

✓ メソッド呼び出し時にフレームを積
む
151/202

ポインタと即値の区別

✓ プリミティブ型はJVMの中でも数
値として扱っている
✓ プリミティブ型の値がフレーム内
に混ざってしまう
✓ 区別しなければ保守的GCとなる

152/202

ポインタと即値の区別

✓ フレーム内
✓ ローカル変数配列
✓ オペランドスタック
✓ 即値？ポインタ？　わからん…

153/202

「参照マップ」の作成

HotspotVM実行フロー

✓ .java => .class
✓ .classはJavaバイトコードの固まり
✓ VMはバイトコードの命令セットを1
つずつ実行

156/202

抽象的インタプリタ
✓ 実体はないけど型情報だけで実
行しちゃおう
✓1 + 1 = 2
✓ => int + int = int

✓ ローカル変数配列、スタック内に
入る型情報を記録
✓ => 参照マップ
157/202

どういうものか実際に見て
みましょう

とあるソースコード

class TwoDifferentLocalVars {
public static void main(String args[]){
int primitiveType = 1; // プリミティブ型
Object referenceType = new Object(); // 参照型（ポインタ）
}
}

159/202

Javaバイトコードが
透けて見えますよね

こうなる

pc( 0): iconst_1
pc( 1): istore_1
pc( 2): new #2 // class java/lang/Object
pc( 5): dup
pc( 6): invokespecial #1 // Method java/lang/Object."<init>"
pc( 9): astore_2
pc(10): return

161/202

pc( 0)=>pc( 1)

// int primitiveType = 1;
pc( 0): locals = 'r..', stack = '' // iconst_1
// iconst_'i' :
// 'i'の部分にあたるintの定数をオペランドスタックに積む
pc( 1): locals = 'r..', stack = 'v'

✓ reference : 参照型（ポインタ）、
value : プリミティブ型
162/202

pc( 1)=>pc( 2)

// int primitiveType = 1;
pc( 1): locals = 'r..', stack = 'v' // istore_1
// istore_'n' :
// ローカル変数配列の'n'番目に
// オペランドスタックの先頭のint型の値を格納する
pc( 2): locals = 'rv.', stack = ''

163/202

pc( 2)=>pc( 5)

// Object referenceType = new Object();
pc( 2): locals = 'rv.', stack = '' // new #2
// new :
// 新たなオブジェクトを生成し、オペランドスタックに積む
pc( 5): locals = 'rv.', stack = 'r'

164/202

pc( 9)=>pc( 10)

// Object referenceType = new Object();
pc( 9): locals = 'rv.', stack = 'r' // astore_2
// astore_'n' :
// ローカル変数配列の'n'番目にオペランドスタックの
// 先頭の参照型の値を格納する
pc(10): locals = 'rvr', stack = ''

166/202

参照マップ

✓ 一命令毎のJVMフレームの情報
を持つ
✓ 現在JVMスタックに積まれているフレー
ム全て

✓ 情報 => 「参照型」「プリミティブ
型」を区別する地図
167/202

なぜローカル変数配列に
マップが必要？

グローバル変数、クラス変数等
の場合

✓ グローバル変数、クラス変数等
✓ 型情報によってコンパイル時に区別可
能

169/202

ローカル変数配列の場合

✓ フレーム内のローカル変数
✓ ローカル変数配列の内容は実行時に
決まる

170/202

駄目なケース

if (条件) {
Object referenceType = new Object();
} else {
int primitiveType = 1;
}

✓ 条件によってローカル変数配列内
の情報が変化
171/202

G1GCとは

✓ OpenJDK7に入ってる
✓ Garbage-First Garbage Collection
✓ サーバタイプ
✓ 大容量のメモリ使う
✓ 停止時間を気にする

174/202

概要

✓ Javaヒープを「リージョン」単位に
分割
✓ トレインGCに似ている

175/202

従来のCMS(Cuncurrent
Mark Sweep)

http://developers.sun.com/learning/javaoneonline/2008/pdf/TS-5419.pdf

G1GCの特徴

✓ 並行GC
✓ 並列でできることは並列化（凄い）

✓ リージョン内のゴミ割合が分かる
✓ 停止時間が予測可能

183/202

リージョン内のゴミ割合が
分かる？

リージョン毎の記憶集合

185/202

記憶集合

✓ 記憶集合からゴミが割り出せる
✓ ゴミが多いリージョンがわかる

186/202

Garbage-First

✓ ゴミが多いリージョンを優先的に
GC
187/202

停止時間が予測可能？

ゴミの割合がわかるということ
は
✓ 一つのリージョンにかかるGC時間
もわかるはず
✓ マシンパワーに依存する計算時間
も加味
✓ GC時に実際に計測して予測精度を高
める
190/202

停止時間の設定

✓ ユーザが「これくらいの停止時間
で！」というのを設定できる
✓ それを越えないようにGC対象の
リージョンを選択

191/202

「あなたが予測可能な範囲
で止まりますよ！」
という割り切り

参考文献
✓ JavaOneの発表資料
✓ http://developers.sun.com/learning/
javaoneonline/2008/pdf/TS-5419.pdf

✓ 論文
✓ URL忘れたけど公開してた
✓ 注：発狂するほど難しい
194/202

せっかく
ここまでがんばったので

✓ 「実装編：HotspotVMのGC」章を
出したいなあ
✓ 電子書籍？
✓ まだわかりません＞＜

195/202

まとめ

✓ HotspotVMは大変だった
✓ G1GCの論文も大変
✓ 俺の正月…どこいってしもたん…？

✓ 目次案は皮算用しない！

197/202

今回発表でいいたかった

なんやかんやで
GCカワイイ！

ご静聴
ありがとうございました。

質疑応答
（GC本の内容に関すること
でも可）

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