Indy(Invokedynamic) and Bytecode DSL and Brainf*ck

3

Bytecode DSL& Indy& Brainf*ckG*Workshop Z 2013/09/20上原潤二(NTTソフトウェア株式会社)

13年9月20日金曜日

JGGUG G*Workshop Z Copyright(C) NTT Software.

自己紹介上原潤二(@uehaj)NTTソフトウェア(株)Grails推進室JGGUG(日本Grails/Groovyユーザグループ)運営委員書籍:

プログラミングGROOVY(技術評論社)Grails徹底入門(翔泳社)

ブログ「Grな日々」GroovyServ, LispBuilder, GVM(JVM written in Groovy)開発者



今日の内容Indyの基礎Bytecode DSLBrainf*ckを実装してみたG*Magazine Vol.7の宣伝



テーマ:Indyで遊びたいIndy: Java VM上での動的言語の実行を効率化することを目的とした一連の機能拡張(JSR 292)気軽でないASM面倒くさい

ByteCode DSLを使おう!


35

Bytecode DSL



ByteCode DSLGroovyの内部DSLで実現されたJavaバイトコードのアセンブラASMのラッパーIndy対応! (重要)

6

@groovyx.ast.bytecode.Bytecodeint fib(int i) { iload 1 iconst_2 if_icmpge l1 iload 1 _goto l2 l1 aload 0 iload 1 iconst_2

isub invokevirtual '.fib', '(I)I' aload 0 iload 1 iconst_1 isub invokevirtual '.fib' ,'(I)I' iadd l2 ireturn}



BytecodeDSL以下で@Grab可

groovyによる実行

7

@GrabResolver(name="maven-‐repox", root = "https://raw.github.com/uehaj/maven-‐repo/gh-‐pages/snapshot")@Grab('groovyx.ast.bytecode:groovy-‐bytecode-‐ast:0.2.0-‐separate-‐asm')import groovyx.ast.bytecode.Bytecode

$ groovy fib.groovy102334155


https://raw.github.com/uehaj/maven-repo/gh-pages/snapshot




3

BytecodeDSLでHello Indy!

8

@GrabResolver(name="maven-‐repo", root="https://raw.github.com/uehaj/maven-‐repo/gh-‐pages/snapshot")@Grab("groovyx.ast.bytecode:groovy-‐bytecode-‐ast:0.2.0-‐separate-‐asm")import groovyx.ast.bytecode.Bytecodeimport java.lang.invoke.*import java.lang.invoke.MethodHandles.Lookupimport static org.objectweb.asm.Opcodes.H_INVOKESTATIC

class HelloIndy { public static CallSite bootstrap(Lookup lookup, String methodName, MethodType type) { assert methodName == 'xx' MethodHandle mh = lookup.findVirtual(java.io.PrintStream, "println", MethodType.methodType(void,[String])) return new ConstantCallSite(mh) } @Bytecode static main(args) { getstatic 'java/lang/System.out','Ljava/io/PrintStream;' ldc 'Hello Indy' invokedynamic 'xx', '(Ljava/io/PrintStream;Ljava/lang/String;)V', [H_INVOKESTATIC, 'HelloIndy','bootstrap', [CallSite, Lookup, String, MethodType]] vreturn }}


3

実行

9

$ groovy -Dgroovy.target.bytecode=1.7 HelloIndy.groovyHello Indy


310

Indy!!



IndyIndyの動作は知ってますよね??


3

従来のinvoke系命令のイメージ

バイトコード命令バイトコード命令Invokestatic/virtual/interface命令メソッド

バイトコード命令return命令

バイトコード命令

(1)Java VMによって解決されて呼び出される

:


3

invokedynamic命令のイメージ

バイトコード命令バイトコード命令Invokedynamic命令メソッド



(1)Java以外の言語処理系ランタイムによって解決される

:


3

invokedynamicのイメージ(2)

バイトコード命令バイトコード命令Invokedynamic命令バイトコード命令

:

?

(2)クラスファイル上はブートストラップメソッドというメソッドに

紐付けられている

Bootstarpメソッド


(1)クラスロード時には未定


3



:呼び出し先決定メソッド


BootStrapメソッドを指すMH

(2)BootstrapメソッドはCallSiteオブジェクトを返す

CallSite呼び出し先メソッドを参照するMH

(1)BootStrapメソッドを示すMH(MethodHandle)で表現されている


3



:

CallSite

(1)invokedyamic命令にCallSiteが紐付けられる

この結び付きはJVMの実行を通じて以後不可逆、不変なので、以下のようにinvokedynamic

がCallSiteに置き変わると考えても良いかも知れない。 (※CallSiteオブジェクトは複数のinvokedynamic命令でシェアされ得る点でこのイメージは正確ではない。)

バイトコード命令バイトコード命令CallSite

バイトコード命令呼び出し先メソッドを参照するMH

呼び出し先メソッドを参照するMH


3

CallSite 呼び出し先メソッドを参照するMH

invokedynamicの最終形

バイトコード命令バイトコード命令

メソッドバイトコード命令return命令


MHによるメソッド参照

:


3


(Mutable|Volatile)CallSite


バイトコード命令:

(1)

メソッド１

メソッド２

×

Groovyで言うところのmetaClassの変更のタイミングで実際のメソッドの差し替えを行なうことができるCallSiteもある。(これがキモ)

結局、「ポインタを解した呼び出し先アドレスの間接参照」をオブジェクト指向的に、型安全に行なっている。


3

Indyって結局何?メソッド呼び出し先を間接参照を使って書き換えるしくみ他言語メソッドの呼び出しが想定ユースケースだが技術的にはそれに限らない(Java 8 Lambdaとか)他言語だから、環境を持ち回したり引数をラップ・アンラップする処理が必要になる場合があるメソッド呼び出しに伴なう前後処理(MHに対する高階操作：後述)をJVM管理下で構成・実行するしくみがあることがメリット➡最適化(インライン展開)期待➡そういう前後処理が不要な場合、速度メリットがあるかは??※ 「MH呼び出しは速い」は都市伝説


3

MHに対する高階操作


321

Brainf*ck


3

Brainf*ckをindyで実装してみた :構成図

22

Brainf*ckソース>+++++++++[<++++++++>-]<.>+++++++[<++++>-]<+.+++++++..+++.[-]>++++++++[<++++>-]<.>+++++++++++[<+++++>-]<.>++++++++[<+++>-]<.+++.------.--------.[-]>++++++++[<++++>-]<+.[-]++++++++++.

compile.groovy

https://gist.github.com/uehaj/6614136https://gist.github.com/uehaj/6614447

Brainf*ckコンパイラ

生成コード(Bytecode DSL/indyを使用)

groovy

groovy“hello world”JVM

JVM(Java7)

a.groovy


https://gist.github.com/uehaj/6614136




3

Brainf*ckとindy静的言語だからIndyの意味ない(MutableCallSite出番なし)invokedynamicの引数文字列から一連のMHを連接させたものをBootStrapメソッドで生成してみる

23

invokedynamic 'dummy', '()V', [H_INVOKESTATIC, 'Brainfuck', 'bootstrap', [CallSite, Lookup, String, MethodType, String]], '>++++++++'


3

MHを連接MethodHandles#filterReturnValue(MH target, MH filter)「filter(target())」を表現するMHを返す。targetの戻り値の型がvoid、filterの引数が無しであれば、単にtarget, filterの順にMHを呼び出すfilterReternValueの結果をfilterReturnValueに与えることで任意個数のMHを逐次実行できる


3


MHを連接


メソッド(+)バイトコード命令return命令

バイトコード命令:

filterReturlValueの結果得られる、2つのMHを呼ぶMH

filterReturlValueの結果得られる、2つのMHを呼ぶMH

メソッド(+)バイトコード命令return命令

メソッド(>)バイトコード命令return命令


3

生成コード

26

static void main(String[] args) throws Exception { // Brainfuckからコンバートされたコード invokedynamic 'dummy', '()V', ... '>+++++++++' _GOTO tmp1 lab1: invokedynamic 'dummy', '()V', ... '<++++++++>-‐' tmp1: getstatic '.data','[B' getstatic '.dp','I' baload ifne lab1 invokedynamic 'dummy', '()V', ... '<.>+++++++' _GOTO tmp2 lab2: invokedynamic 'dummy', '()V', .... '<++++>-‐' tmp2: getstatic '.data','[B' getstatic '.dp','I' baload ifne lab2 invokedynamic 'dummy', '()V', .... '<+.+++++++..+++.' _GOTO tmp3 lab3: :

>+++++++++[<++++++++>-]<.>+++++++[<++++>-]<+.+++++++..+++.


3

実行

27

% cat hello.bf >+++++++++[<++++++++>-]<.>+++++++[<++++>-]<+.+++++++..+++.[-]>++++++++[<++++>-]<.>+++++++++++[<+++++>-]<.>++++++++[<+++>-]<.+++.------.--------.[-]>++++++++[<++++>-]<+.[-]++++++++++.

% groovy compile.groovy hello.bf > a.groovy% groovy -Dgroovy.target.bytecode=1.7 a.groovyHello World!


3

まとめIndyは面白いG*Magazine Vol7乞う期待!


Indy(Invokedynamic) and Bytecode DSL and Brainf*ck

Technology

Transcript of Indy(Invokedynamic) and Bytecode DSL and Brainf*ck