ピュアJavaだと思った？残念androidでした～いつからAndroidをJavaだと錯覚していた？～

ピュアJavaだと思った？
残念Androidでした
～いつからAndroidをJavaだと錯覚していた？～
空中清高

空中清高　@soranakk
● 所属：ジャストシステム
○ スマイルゼミ中学生コース
■ ホームアプリ
■ システムアプリ
● Android開発歴：4年半ぐらい

目次
Oracle JavaとAndroid Javaの違い
ArrayListの不思議な現象
ピュアJavaだと思った？残念Androidでした
ArrayListで例外が発生する仕組み
いつからAndroidをJavaだと錯覚していた？
AndroidとJavaはAPIが同じなだけ
その他の事例もあるぞ(先駆者紹介)

Android JavaOracle Java
● javaはclassファイルにされ、さらにdexファ
イルにコンパイルされる
● 実行環境はDalvik or ART
● javaはclassファイルにコンパイルされ
る
● 実行環境はLinux, Mac OS,
WindowsなどのJRE

Oracle Javaの世界
JVM
Java実行環境
rt.jar
● Object
● String
● List　　 … etc
標準ライブラリ
classjava

Android Javaの世界
Dalvik or ART
android.jar
● Object
● String
dexclass
java

● buildツール
● バイトコード
● 標準ライブラリ
● 実行マシン
● 実行OS
● etc...

● buildツール
● バイトコード
● 標準ライブラリ
● 実行マシン
● 実行OS
● etc...
今日話すのはココ！
標準ライブラリの違い

rt.jar
● Object
● String
android.jar
● Object
● String
VS

List<String> list = new ArrayList<>();
list.add("foo");
list.add("bar");
list.add("baz");
for (String str : list) {
if ("baz".equals(str)) {
System.out.println("find!");
}
System.out.println(str);
}

> foo
> bar
> find!
> baz
list.add("foo");
list.add("bar");
list.add("baz");
System.out.println("find!");
}
}

for文中にあることをすると・・・おおっと
list.add("foo");
list.add("bar");
list.add("baz");
list.remove(str);
}
}

for文中にあることをすると・・・おおっと
> foo
> bar
> baz
> ConcurrentModificationException
list.add("foo");
list.add("bar");
list.add("baz");
list.remove(str);
}
}

ConcurrentModificationException is 何？
● マルチスレッドで同じArrayListを変更したときなどに発生する例外
● シングルスレッドでもループ文などで発生することがある
● 仕組み(概要)
○ ArrayListは内部的に変更回数を持っている
○ Iteratorで変更回数をチェックしている
○ 変更回数がループ開始時点から変わっていたら例外を投げる
「あるはずの終端が無い！」とか、「終わったと思ったのにまだ残ってる！？」
とかを防ぐための機構。
JavaDocによると、「完全に防げるわけではない、best-effort」
https://docs.oracle.com/javase/9/docs/api/java/util/ConcurrentModificationExc
eption.html

ConcurrentModificationException is 何？
● マルチスレッドで同じArrayListを変更したときなどに発生する例外
● シングルスレッドでもループ文などで発生することがある
● 仕組み(概要)
○ ArrayListは内部的に変更回数を持っている
○ Iteratorで変更回数をチェックしている
○ 変更回数がループ開始時点から変わっていたら例外を投げる
「あるはずの終端が無い！」とか、「終わったと思ったのにまだ残ってる！？」
とかを防ぐための機構。
JavaDocによると、「完全に防げるわけではない、best-effort」
https://docs.oracle.com/javase/9/docs/api/java/util/ConcurrentModificationExc
eption.html
best-effort？

list.add("foo");
list.add("bar");
list.add("baz");
list.remove(str);
}
}
> foo
> bar
> baz

list.add("foo");
list.add("bar");
list.add("baz");
if ("bar".equals(str)) {
list.remove(str);
}
}
list.add("foo");
list.add("bar");
list.add("baz");
list.remove(str);
}
}
> foo
> bar
> baz

list.add("foo");
list.add("bar");
list.add("baz");
list.remove(str);
}
}
list.add("foo");
list.add("bar");
list.add("baz");
list.remove(str);
}
}
> foo
> bar
> baz
ココが違う

list.add("foo");
list.add("bar");
list.add("baz");
list.remove(str);
}
}
list.add("foo");
list.add("bar");
list.add("baz");
list.remove(str);
}
}
> foo
> bar
> baz
ココが違う
> foo
> bar

list.add("foo");
list.add("bar");
list.add("baz");
list.remove(str);
}
}
list.add("foo");
list.add("bar");
list.add("baz");
list.remove(str);
}
}
> foo
> bar
> baz
ココが違う
例外が発生しない！？
> foo
> bar

● ConcurrentModificationExceptionの発生はbest-effort
● 例外は発生したり、しなかったりする
● たとえばリストの最後から二番目をremoveしたときは発生しない

Javaは不思議だなぁ
Androidでも同じかなぁ？

list.add("foo");
list.add("bar");
list.add("baz");
list.remove(str);
}
}
list.add("foo");
list.add("bar");
list.add("baz");
list.remove(str);
}
}
ココが違う

list.add("foo");
list.add("bar");
list.add("baz");
list.remove(str);
}
}
list.add("foo");
list.add("bar");
list.add("baz");
list.remove(str);
}
}
ココが違う
> foo
> bar
> baz
> 例外発生
Oracle Java
> foo
> bar
Oracle Java

> foo
> bar
> baz
list.add("foo");
list.add("bar");
list.add("baz");
list.remove(str);
}
}
list.add("foo");
list.add("bar");
list.add("baz");
list.remove(str);
}
}
ココが違う
> foo
> bar
> baz
> 例外発生
> foo
> bar
> 例外発生
> foo
> bar

> foo
> bar
> baz
list.add("foo");
list.add("bar");
list.add("baz");
list.remove(str);
}
}
list.add("foo");
list.add("bar");
list.add("baz");
list.remove(str);
}
}
ココが違う
> foo
> bar
> baz
> 例外発生
> foo
> bar
> 例外発生
> foo
> bar
JavaとAndroidで結果が違う

ループ開始
ArrayListで例外が発生する仕組み：概要

ループ開始変更回数をチェック

ループ開始変更回数をチェックあれ？変更回数が違ってる？

ループ開始変更回数をチェックあれ？変更回数が違ってる？
もしかするとあるはずの終端が無いかもしれない？
終わったと思ったのにまだ残ってるかもしれない！？

List警察だ！例外を投げる！
あれ？変更回数が違ってる？

概要はわかったけど、
まだよくわかんないなぁ

やっぱエンジニアだしコード
で理解したい

...省略
}
拡張for文は次のように展開されます
https://jcp.org/aboutJava/communityprocess/jsr/tiger/enhanced-for.html
for (Iterator<String> iter = list.iterator(); iter.hasNext(); ) {
String str = iter.next();
...省略
}

● ListはmodCountというint値を持っている
● modCountはadd() remove()などでインクリメントされる
● IteratorはmodCountを監視している
Java 9.0.4 java.util.ArrayList.javaより一部抜粋 (872行あたりから)
…省略
}
public Iterator<E> iterator() {
return new Itr();
}
class Itr implements Iterator<E> {
int expectedModCount = modCount;
…省略
}

public boolean hasNext() {
return cursor != size;
}
public E next() {
checkForComodification();
int i = cursor;
...省略
cursor = i + 1;
return (E) elementData[lastRet = i];
}
…省略
…省略
}

final void checkForComodification() {
if (modCount != expectedModCount)
throw new ConcurrentModificationException();
}
…省略
}
}
public E next() {
int i = cursor;
...省略
cursor = i + 1;
}
…省略

例外発生の仕組み Oracle Java
list.add("foo");
list.add("bar");
list.add("baz");
list.remove(str);
}
}

list.add("foo");
list.add("bar");
list.add("baz");
list.remove(str);
}
}
拡張for文が展開される

list.add("foo");
list.add("bar");
list.add("baz");
list.remove(str);
}
}

list.add("foo");
list.add("bar");
list.add("baz");
list.remove(str);
}
}
str == "baz"のときcursor = 3

list.add("foo");
list.add("bar");
list.add("baz");
list.remove(str);
}
}
remove(str)でmodCount++, size = 2

list.add("foo");
list.add("bar");
list.add("baz");
list.remove(str);
}
}
次のhasNext()はcursor != size == true で継続

list.add("foo");
list.add("bar");
list.add("baz");
list.remove(str);
}
}
next()のcheckForComodification()で
modCount != expectedModCount == true

list.add("foo");
list.add("bar");
list.add("baz");
list.remove(str);
}
}
ん～・・・

list.add("foo");
list.add("bar");
list.add("baz");
list.remove(str);
}
}
変わってる

例外が発生しない仕組み Oracle Java
list.add("foo");
list.add("bar");
list.add("baz");
list.remove(str);
}
}

list.add("foo");
list.add("bar");
list.add("baz");
list.remove(str);
}
}

list.add("foo");
list.add("bar");
list.add("baz");
list.remove(str);
}
}
str == "bar"のときcursor = 2

list.add("foo");
list.add("bar");
list.add("baz");
list.remove(str);
}
}

list.add("foo");
list.add("bar");
list.add("baz");
list.remove(str);
}
}
次のhasNext()はcursor != size == false でループ終了

list.add("foo");
list.add("bar");
list.add("baz");
list.remove(str);
}
}
next()は呼ばれないので
checkForComodification()は呼ばれない

list.add("foo");
list.add("bar");
list.add("baz");
list.remove(str);
}
}
・・・
checkForComodification()は呼ばれない

final void checkForComodification() {
}
…省略
}
}
public E next() {
int i = cursor;
...省略
cursor = i + 1;
}
…省略

…省略
}
protected int limit = ArrayList.this.size;
return cursor < limit;
}
public E next() {
int i = cursor;
...省略
cursor = i + 1;
}
...省略
Android 26 java.util.ArrayList.javaより一部抜粋 (833行あたりから)

protected int limit = ArrayList.this.size;
return cursor < limit;
}
public E next() {
int i = cursor;
...省略
cursor = i + 1;
}
...省略
limitが追加され、
hasNext()の条件が変わっている
listのsizeが変わっても、limitは固
定されているので
hasNext()の動作が変わった！
…省略
}
Android 26 java.util.ArrayList.javaより一部抜粋 (833行あたりから)

例外が発生しない仕組み Android Java
list.add("foo");
list.add("bar");
list.add("baz");
list.remove(str);
}
}

list.add("foo");
list.add("bar");
list.add("baz");
list.remove(str);
}
}

list.add("foo");
list.add("bar");
list.add("baz");
list.remove(str);
}
}
remove(str)でmodCount++, size = 2だけどlimit = 3のまま

list.add("foo");
list.add("bar");
list.add("baz");
list.remove(str);
}
}
次のhasNext()はcursor < limit == false でループ終了

list.add("foo");
list.add("bar");
list.add("baz");
list.remove(str);
}
}
modCount != expectedModCount はチェックされない

list.add("foo");
list.add("bar");
list.add("baz");
list.remove(str);
}
}
modCount != expectedModCount はチェックされない
・・・

例外発生の仕組み Android Java
list.add("foo");
list.add("bar");
list.add("baz");
list.remove(str);
}
}

list.add("foo");
list.add("bar");
list.add("baz");
list.remove(str);
}
}

list.add("foo");
list.add("bar");
list.add("baz");
list.remove(str);
}
}
次のhasNext()はcursor < limit == true で継続

list.add("foo");
list.add("bar");
list.add("baz");
list.remove(str);
}
}
next()で

list.add("foo");
list.add("bar");
list.add("baz");
list.remove(str);
}
}
ん～・・・
next()で

list.add("foo");
list.add("bar");
list.add("baz");
list.remove(str);
}
}
next()で
変わってる

Oracle Java
Android Java
● たとえばリストの最後をremoveしたときは発生しない

Oracle Java
Android Java
● たとえばリストの最後をremoveしたときは発生しない
標準ライブラリが違う！

その他の事例もあるぞ(先駆者紹介)
● Java と Android の正規表現の動作の違い
　　　https://qiita.com/KeithYokoma/items/2915a904a18760ee67c4
○ 正規表現ライブラリの違いに解説されています
● Android Javaの正規表現の落とし穴
　　　https://www.ecoop.net/memo/archives/regular-expression-problem-o-android-java.html
○ こちらも正規表現ですが、Stringクラスの違いについて解説されています

ご静聴ありがとうございました。

細かい補足
じゃあfor文中にリストから削除したいときはどうしたらいいの？
拡張for文の中でlist#removeは使ってはいけません。
代わりにIteratorでfor文を回して、Iterator#removeを使いましょう。
あるいはKotlinのfilterを使うと良いです。
list.add("foo");
list.add("bar");
list.add("baz");
iter.remove();
}
}

細かい補足
Android N 以降はOpen JDKを使っているって聞いたけど？
はい、その通りです。
でも実はAndroidのJavaはOpen JDKからさらに変更を加えています
そのため、今回紹介したArrayListの操作では
Open JDK != Android Java
となります。
Open JDKだと思った？
コミットログ
https://android.googlesource.com/platform/libcore/+/b10b2a3ab693cfd6156d06ffe4e00ce69b9c9194

細かい補足
Android N より前はHarmonyを使っているって聞いたけど？
はい、その通りです。
でも実はAndroidのJavaはApache Harmonyからさらに変更を加えています
そのため、今回紹介したArrayListの操作では
Apache Harmony != Android Java
となります。
Apache Harmonyだと思った？
コミットログ
https://android.googlesource.com/platform/libcore/+/7de2d41b95fc968b0ccc530c28d66f003ff9ab2a

細かい補足
なんでこんな違いが生まれたの？
コミットコメントやソースコードのコメントを読んでみると
Android側は意図して修正しています。
Open JDKのhasNext()はlistのsizeに依存して
false返したりtrue返したりするので、固定させるために修正したみたいです。
コミットログ
https://android.googlesource.com/platform/libcore/+/b10b2a3ab693cfd6156d06ffe4e00ce69b9c9194
ソースコードのコメント
https://android.googlesource.com/platform/libcore/+/master/ojluni/src/main/java/java/util/ArrayList.jav
a#841

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