Indy(Invokedynamic) and Bytecode DSL and Brainf*ck

3
Bytecode DSL
& Indy
& Brainf*ck
G*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
2

今日の内容
Indyの基礎
Bytecode DSL
Brainf*ckを実装してみた
G*Magazine Vol.7の宣伝
3

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!
4

35
Bytecode DSL

ByteCode DSL
Groovy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.Bytecode
int
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.groovy
102334155

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.Bytecode
import
java.lang.invoke.*
import
java.lang.invoke.MethodHandles.Lookup
import
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.groovy
Hello Indy

310
Indy!!

Indy
Indyの動作は知ってますよね??
11

3
従来のinvoke系命令のイメージ
バイトコード命令
Invokestatic/virtual/interface命令
メソッド
return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
Invokedynamic命令
メソッド
return命令
(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)
Invokedynamic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
return命令
(1)クラスロード時には未定

3
Invokedynamic命令
:
呼び出し先決定メソッド
return命令
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
Invokedynamic命令
:
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。)
CallSite
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
メソッド
return命令
MHによるメソッド参照
:

3
(Mutable¦Volatile)CallSite
:
(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
19

3
MHに対する高階操作
20

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/6614136
https://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

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#filterReturnValu
e(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
24

3
MHを連接
メソッド(+)
return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(+)
return命令
メソッド(>)
return命令

3
生成コード
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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.groovy
Hello World!

3
まとめ
Indyは面白い
G*Magazine Vol7乞う期待!
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Indy(Invokedynamic) and Bytecode DSL and Brainf*ck

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