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java エスケープ解析とは

Last updated at 2020-06-10Posted at 2020-06-09

前書き

Graalを触っていて、部分的エスケープ解析が何のこっちゃ分からなかったから、調べたメモ。

↓Graal・GraalVMに関して書いた記事
https://qiita.com/kinshotomoya/items/39a821dd6a6a52202c0a

サンプルコードは、scalaで書いています。

エスケープとは

オブジェクトの参照がメソッドの外や、違うスレッドに存在すること。
エスケープすると、不特定多数の場所からオブジェクトへ参照できる。

エスケープの条件

実際にのコードでは、どのような場合にオブジェクトがエスケープされていると言えるのか？
主に、以下の３つの条件がある。

メソッドの引数に指定
returnで返す（戻り値に指定する）

1. メソッドの引数に指定

Objectのインスタンスであるaへの参照は、hogeメソッドを超えて参照できる。
fooメソッドからも参照できる

case class Object()

object Test {
  def hoge: Object = {
    val a = Object()
    foo(a)
  }

  def foo(obj: Object) = ???
}

2. returnで返す（戻り値に指定する）

Objectのインスタンスbへの参照は、hogeメソッドを超えて参照できる。
b2変数が、オブジェクトaへの参照を持ってる。

case class Object()

object Test {
  def hoge: Object = {
    val b = Object()
    b
  }

  val b2 = hoge()
}

つまり、メソッドを超えて上記の例のインスタンス、a・bへの参照が可能であるということ。

エスケープ解析とは

インスタンスの参照がメソッド外・別のスレッドにエスケープするかどうかを解析する。
様々なアルゴリズムがある。

エスケープされていないと解析されると？

エスケープ解析の結果、参照がメソッド内に閉じられているとわかると、

1. インスタンスをヒープではなく、スタックを格納する。

メソッド内のみでインスタンスが使用されるなら、メソッド終了後に解放されるスタック領域に格納すると効果的。

2. メソッド実行の際に、不要な同期を無視する

単一スレッドからのみの参照ならば、スレッド間の同期は不要になる。

最適化例

エスケープ解析の結果、コンパイラはコードを最適化する。
その例を示す。

インライン化

以下のようなコードがある。


class Person {
  def get(name: String) = {
    val person: Person = Person(name)
    if (person.name === "hoge") {
    }
    ...
  }
}

case class Person(name: String)

Personオブジェクトのインスタンスである、personはエスケープされていない。
このような場合、コンパイラはインライン化して最適化する。

class Person {
  def get(name: String) = {
    // val person: Person = Person(name)
    if (name === "hoge") { // インライン化

    }
    ...
  }
}

case class Person(name: String)

部分的エスケープ解析

新しいJITコンパイラ Graalの特徴の１つである。
部分的に最適化をすることができる。

以下のようなコードがあった場合。

class Person {
  def get(name: String) = {
    val person: Person = Person(name)
    val cachePerson = Cache.get(name)
    if (cachePerson.isDefined) {
      cachePerson
    } else {
     addToCache(person)
     person
    }
  }
}

case class Person(name: String)

cachePersonが存在している場合、オブジェクトpersonはエスケープされない。
そのことをコンパイラは解析して、以下のようなコードに直す。


class Person {
  def get(name: String) = {
    val cachePerson = Cache.get(name)
    if (cachePerson.isDefined) {
      cachePerson
    } else {
    　val person: Person = Person(name)
    　addToCache(person)
      person
    }
  }
}

case class Person(name: String)

val person: Person = Person(name)をelse配下に移動し、cachePersonが存在する場合には、ヒープ領域へのメモリ割り当てををなくすことができる。代わりにスタック領域に格納され、処理効率よくなる。

cachePersonが存在しなかった場合には、personはエスケープされるので、ヒープ領域に格納される。

参考

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