1

2

The following is intended to outline our general

product direction. It is intended for information

purposes only, and may not be incorporated into

any contract. It is not a commitment to deliver any

material, code, or functionality, and should not

be relied upon in making purchasing decisions.

The development, release, and timing of any

features or functionality described for Oracle’s

products remains at the sole discretion of Oracle.

<Insert Picture Here>

invokedynamic på 20 minuter

Joel Borggrén-Franck <joel.franck@oracle.com>

Java Platform Group

4

<Insert Picture Here>

Intro till JSR-292: invokedynamic,

MethodHandle och dynamiskt typade

språk på JVM:en

• Varför JSR-292/invokedynamic?

• Vad erbjuder JSR-292?

• Dynamiskt typade exempel och jämförelser med vad

JVM:en kan göra av Java

5

Warning!

The following slides may contain traces of:

- x86 assembler

- Ruby, and

- Common Lisp

6

• Det finns en mängd intressanta programmeringsspråk

• JVM:en är långt mycket mer avancerad än andra

VM:ar/runtimes

• Java är inte allas favoritspråk

• Naturligvis vill man köra alla nya spännande språk på

JVM:en

7

• Dynamiskt typade språk:

– Modifierar klasser vid körtid

– Alternativt, saknar klasser och lägger till properties i körtid

class ExampleClass

def exampleMethod

5

end

end

exampleObject.class.send(:define_method,

"aNewMethod") do

10

end

8

• Motsvarigheten i Java finns egentligen inte

– Den naiva implementationen blir istället en Map<String,

TargetMethodObject>

• Mer eller mindre avancerade sätt att optimera

ovanstående

– JRuby har sina fält i en Object[] och en Map<String, Integer>

där du slår upp vilket index du ska använda in i arrayen

9

• Dynamiskt typade språk:

– har ofta inkompatibla sätt att definera/anropa metoder

(defun foo

(var...

&optional (var initform svar)...

&rest var

&key ((keyword var) initform svar)...

&aux (var initform)...))

10

• Man kan arbeta runt problemen

• Ett av de få verktyg man har är

klassladdning/klassurladdning

– leder till permgen-problem på HotSpot

• Det tar tid att implementera

– om man vill få det att gå fort

11

Invokedynamic, en språkimplementatörs räddare i

nöden

• Invokedynamic är en brygga mellan

språkimplementatören och JVM:en

• Invokedynamic består av 3 delar

– en ny bytekod som markerar ett dynamiskt CallSite

– ett protokoll/API för livscykeln av dynamiska CallSites

– MethodHandle

• funktionspekare på sterodier

12

• Första gången JVM:en exekverar en invokedynamic

bytekod kommer den:

– Hitta och köra den bootstrapmetod som skaparen av

klassfilen angett

• resulterar i ett CallSite-objekt som har ett MethodHandle

som target

– Länka CallSite-objektet

• Ovanstående görs bara en gång

• Efterföljande körningar av samma invokedynamic

kommer helt skippa bootstrap och länkning

• == Snabbt!!

13

aload 0x25

dup

invokedynamic 0x22 0x23

getfield 0xba 0xdd

Bootstrap methodCallSite object

target MethodHandle

14

• En invokedynamic kommer alltid att motsvaras av

samma CallSite

• Ett CallSite kan ändra target till att peka på en ny

MethodHandle

• Om du kan uttrycka ditt språks semantik som CallSite

+ en utbytbar MethodHandle kommer det gå fort!

15

MethodHandles is the kitchen sink of the JVM

- Dan Heidinga, JVM Lang 2010

• MethodHandle är i grund och botten en

funktionspekare

• Pekas normalt ut som target i en CallSite

• Kan också köras genom ett Java-API

• Hjälpklassen ”MethodHandles” har metoder för att

– Wrappa MethodHandle i andra MethodHandle

– Transformera argumenten på ett MethodHandle

– Köra kod runt en MethodHandle

16

• MethodHandle kan också peka ut fält

• Användbart för lat initialisering av en gigantisk array

– Wrappa arrayaccessen i ett MethodHandle som transparent

initialiserar den

– Generera bytecode som kör MethodHandlet för den

wrappade arrayen istället för den vanliga ”aref”-bytekoden

17

• MethodHandle kan också transformera argument

– asCollector(…)

– asFixedArity(…)

– asSpreader(…)

– …

• Och byta returtyp

– asType(newType)

18

• MethodHandles.Lookup har också stöd för att

reflektera över typer

• Användbart för det mesta man vill göra med reflection

• Fast snabbt

19

• JVM:en vet hur den skall optimera MethodHandle

• Igen: Kan du bara uttrycka ditt språks semantik som

CallSite + en utbytbar MethodHandle kommer det gå

fort!

20

• Ett call i Java kommer kompileras till:

– Slå upp objektets vtable (en del av klassen)

– Kör koden som pekas ut på en vid just-in-time-kompilering

känd plats i vtablen

• 2 instruktioner + ev. några cachemissar

• == Snabbt!

moveq r12, [rdi + 0x128] ;get vtable for ”this”

callq [r12+0x12] ;call 3:rd method

Exempel: ett vanligt metodanrop i Java

21

• Motsvarande logik för ett dynamiskt typat språk utan

invokedynamic:

String methodName;

CallTarget t;

for(RubyClazz clz : o.getClzAndSuperClzs()) {

if ((t = clz.hasMethod(methodName)) != null)

break;

}

if (t == null) throw new NoSuchRubyMethod();

Exempel: ett metodanrop i fiktiv Ruby på JVM:en

22

• Låt bootstrapmetoden returnera ett MethodHandle:MethodHandle lastCalled;

int rubyClzId;

if (receiver.currentRubyClzId == rubyClzId) {

return lastCalled.invoke(args …);

} else {

missCount++;

MethodHandle t = doFulLookup(mName, args…);

if (missCount > MISS_LIMIT) {

relinkThisCallSite(t);

}

return t.invoke();

}

Exempel: med invokedynamic …

23

• Bootstrapmetoden får leta reda på den

implementerande ruby-metoden

• Wrappa i ett MethodHandle som

– Testar om det är samma implementerande ruby-klass

– Testar om det är samma version av ruby-klassen

• Så länge det är samma implementerande klass

kommer JVM:en kunna kompilera till en handfull

instruktioner

• Det är nästan alltid samma implementerande klass!

• Om det inte är samma klass kan din ruby-VM begära

omlänkning via CallSite-objektet!

Exempel: med invokedynamic …

24

• == Snabbt!!

25

• Invokedynamic hjälper dig som språkimplementatör:

– Kommunicera ditt språks speciella semantik till VM:en

– Återanvända VM:ens maskineri för

• Optimeringar

• Deoptimeringar

– Hjälper dig att transformera semantiken i ditt språks

objektsystem till något som JVM:en kan använda

26