文字列連結はJava 9でどのように実装されていますか？

JEP 280で記述されているように、文字列連結を示します。

Stringによって生成された静的連結バイトコードシーケンスを変更して、JDKライブラリ関数の呼び出しをjavac使用しinvokedynamicます。これStringにより、によってエミットされたバイトコードをさらに変更することなく、将来の連結の最適化が可能になりますjavac。

ここで、invokedynamic呼び出しの使用方法と、バイトコードの連結がどのように異なるのかを理解したいと思いinvokedynamicます。

「古い」方法は、一連のStringBuilder指向の操作を出力します。このプログラムを考えてみましょう：

public class Example {
    public static void main(String[] args)
    {
        String result = args[0] + "-" + args[1] + "-" + args[2];
        System.out.println(result);
    }
}

これをJDK 8以前でコンパイルしてjavap -c Exampleからバイトコードを確認すると、次のようになります。

パブリッククラスの例{
  public Example（）;
    コード：
       0：aload_0
       1：invokespecial＃1 //メソッドjava / lang / Object。 "<init>" :(）V
       4：戻る

  public static void main（java.lang.String []）;
    コード：
       0：新しい＃2 //クラスjava / lang / StringBuilder
       3：重複
       4：invokespecial＃3 //メソッドjava / lang / StringBuilder。 "<init>" :(）V
       7：aload_0
       8：iconst_0
       9：aaload
      10：invokevirtual＃4 //メソッドjava / lang / StringBuilder.append：（Ljava / lang / String;）Ljava / lang / StringBuilder;
      13：ldc＃5 //文字列-
      15：invokevirtual＃4 //メソッドjava / lang / StringBuilder.append：（Ljava / lang / String;）Ljava / lang / StringBuilder;
      18：aload_0
      19：iconst_1
      20：aaload
      21：invokevirtual＃4 //メソッドjava / lang / StringBuilder.append：（Ljava / lang / String;）Ljava / lang / StringBuilder;
      24：ldc＃5 //文字列-
      26：invokevirtual＃4 //メソッドjava / lang / StringBuilder.append：（Ljava / lang / String;）Ljava / lang / StringBuilder;
      29：aload_0
      30：iconst_2
      31：aaload
      32：invokevirtual＃4 //メソッドjava / lang / StringBuilder.append：（Ljava / lang / String;）Ljava / lang / StringBuilder;
      35：invokevirtual＃6 //メソッドjava / lang / StringBuilder.toString :(）Ljava / lang / String;
      38：astore_1
      39：getstatic＃7 //フィールドjava / lang / System.out：Ljava / io / PrintStream;
      42：aload_1
      43：invokevirtual＃8 //メソッドjava / io / PrintStream.println：（Ljava / lang / String;）V
      46：戻る
}

ご覧のとおり、を作成してStringBuilderを使用していappendます。組み込みバッファーのデフォルトの容量はStringBuilder16文字しかないため、これはかなり非効率的であることが有名です。コンパイラーが事前にさらに割り当てることを知る方法がないため、最終的には再割り当てする必要があります。また、メソッド呼び出しの集まりでもあります。（ただし、JVMはこれらの呼び出しパターンを検出および書き換えて、より効率的にすることができることに注意してください。）

Java 9が生成するものを見てみましょう。

パブリッククラスの例{
  public Example（）;
    コード：
       0：aload_0
       1：invokespecial＃1 //メソッドjava / lang / Object。 "<init>" :(）V
       4：戻る

  public static void main（java.lang.String []）;
    コード：
       0：aload_0
       1：iconst_0
       2：aaload
       3：aload_0
       4：iconst_1
       5：aaload
       6：aload_0
       7：iconst_2
       8：aaload
       9：invokedynamic＃2、0 // InvokeDynamic＃0：makeConcatWithConstants：（Ljava / lang / String; Ljava / lang / String; Ljava / lang / String;）Ljava / lang / String;
      14：astore_1
      15：getstatic＃3 //フィールドjava / lang / System.out：Ljava / io / PrintStream;
      18：aload_1
      19：invokevirtual＃4 //メソッドjava / io / PrintStream.println：（Ljava / lang / String;）V
      22：戻る
}

ああ、でもそれはもっと短いです。:-)これは、Javadocでこれを示すmakeConcatWithConstantsfrom への単一の呼び出しを行いますStringConcatFactory。

既知の型の既知の数の引数を効率的に連結するために使用できる文字列連結メソッドの作成を容易にするメソッド。これらのメソッドは通常、Javaプログラミング言語の文字列連結機能をサポートするために、invokedynamic呼び出しサイトのブートストラップメソッドとして使用されます。

invokedynamic文字列連結の最適化に使用される実装の詳細に入る前に、私の意見では、invokedynamicの背景と使用方法を理解する必要があります。

この invokedynamic 命令は、JVM上の動的言語用のコンパイラとランタイムシステムの実装を簡素化し、潜在的に改善します。これを行うには、言語の実装者がinvokedynamic、以下の手順を含む命令を使用してカスタムリンケージ動作を定義できるようにします。

文字列連結の最適化を実装するためにもたらされた変更を使用して、これらを試してみます。

• ブートストラップ法の定義： - Java9、ブートストラップ法でinvokedynamic呼び出しサイトは、主に文字列連結をサポートするmakeConcatとmakeConcatWithConstantsして導入されたStringConcatFactory実装。

  invokedynamicの使用は、実行時まで翻訳戦略を選択する代替手段を提供します。で使用される変換戦略は、StringConcatFactoryに似ているLambdaMetafactory、以前のJavaバージョンで導入されたとして。さらに、質問で言及されたJEPの目標の1つは、これらの戦略をさらに拡大することです。

• 定数プールエントリの指定：-これらは、invokedynamic命令のMethodHandles.Lookupコンテキストでメソッドハンドルを作成するためのファクトリである（1）オブジェクト以外の命令への追加の静的引数ですinvokedynamic。（2）Stringオブジェクト、動的呼び出しで言及されたメソッド名サイトと（3）MethodTypeオブジェクト、動的呼び出しサイトの解決された型シグネチャ。

  コードのリンク時にすでにリンクされています。実行時に、ブートストラップメソッドが実行され、連結を行う実際のコードにリンクされます。invokedynamic呼び出しを適切なinvokestatic呼び出しに書き換えます。これにより、定数プールから定数文字列がロードされ、ブートストラップメソッドの静的引数が活用されて、これらおよびその他の定数がブートストラップメソッド呼び出しに直接渡されます。

• invokedynamic命令の使用：-これは、最初の呼び出し中に呼び出しターゲットを1回ブートストラップする手段を提供することにより、遅延リンケージのための機能を提供します。ここでの最適化の具体的なアイデアは、StringBuilder.appendダンス全体をへの単純なinvokedynamic呼び出しに置き換えることjava.lang.invoke.StringConcatFactoryです。これにより、連結が必要な値を受け入れます。

Indify文字列の連結の例に提案状態で共有と同様の方法Java9とアプリケーションのベンチマーク@TJクラウダーがコンパイルされたバイトコードの違いは、様々なインプリメンテーションの間でかなり見えます。

ここで少し詳細を追加します。取得する主要な部分は、文字列の連結がどのように行われるかが実行時の決定であり、コンパイル時の決定ではなくなったことです。したがって、変更される可能性があります。つまり、Java-9に対してコードを1回コンパイルし、再コンパイルする必要なく、基盤となる実装を変更できます。

2つ目のポイントは、現時点では6 possible strategies for concatenation of String次のようになっていることです。

 private enum Strategy {
    /**
     * Bytecode generator, calling into {@link java.lang.StringBuilder}.
     */
    BC_SB,

    /**
     * Bytecode generator, calling into {@link java.lang.StringBuilder};
     * but trying to estimate the required storage.
     */
    BC_SB_SIZED,

    /**
     * Bytecode generator, calling into {@link java.lang.StringBuilder};
     * but computing the required storage exactly.
     */
    BC_SB_SIZED_EXACT,

    /**
     * MethodHandle-based generator, that in the end calls into {@link java.lang.StringBuilder}.
     * This strategy also tries to estimate the required storage.
     */
    MH_SB_SIZED,

    /**
     * MethodHandle-based generator, that in the end calls into {@link java.lang.StringBuilder}.
     * This strategy also estimate the required storage exactly.
     */
    MH_SB_SIZED_EXACT,

    /**
     * MethodHandle-based generator, that constructs its own byte[] array from
     * the arguments. It computes the required storage exactly.
     */
    MH_INLINE_SIZED_EXACT
}

パラメータを介してそれらのいずれかを選択できます-Djava.lang.invoke.stringConcat。StringBuilderまだオプションであることに注意してください。