W jaki sposób konkatenacja ciągów jest implementowana w Javie 9?

Jak napisano w JEP 280: Wskaż konkatenację ciągów :

Zmień statyczną Stringsekwencję kodu bajtowego -concatenation wygenerowaną przez program, javacaby używać invokedynamicwywołań funkcji biblioteki JDK. Umożliwi to przyszłą optymalizację Stringkonkatenacji bez konieczności dalszych zmian w kodzie bajtowym emitowanym przez javac.

Tutaj chcę zrozumieć, jakie jest użycie invokedynamicwywołań i czym różni się konkatenacja kodu bajtowego invokedynamic?

„Stary” sposób daje wiele StringBuilderzorientowanych operacji. Rozważ ten program:

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

Jeśli skompilujemy to z JDK 8 lub wcześniejszym, a następnie użyjemy javap -c Exampledo wyświetlenia kodu bajtowego, zobaczymy coś takiego:

klasa publiczna Przykład {
  public Przykład ();
    Kod:
       0: aload_0
       1: invokespecial # 1 // Metoda java / lang / Object. "<init>" :() V
       4: powrót

  public static void main (java.lang.String []);
    Kod:
       0: nowy # 2 // klasa java / lang / StringBuilder
       3: dup
       4: invokespecial # 3 // Metoda java / lang / StringBuilder. "<init>" :() V
       7: aload_0
       8: iconst_0
       9: aaload
      10: invokevirtual # 4 // Metoda java / lang / StringBuilder.append: (Ljava / lang / String;) Ljava / lang / StringBuilder;
      13: ldc # 5 // Ciąg -
      15: invokevirtual # 4 // Metoda java / lang / StringBuilder.append: (Ljava / lang / String;) Ljava / lang / StringBuilder;
      18: aload_0
      19: iconst_1
      20: aaload
      21: invokevirtual # 4 // Metoda java / lang / StringBuilder.append: (Ljava / lang / String;) Ljava / lang / StringBuilder;
      24: ldc # 5 // Ciąg -
      26: invokevirtual # 4 // Metoda java / lang / StringBuilder.append: (Ljava / lang / String;) Ljava / lang / StringBuilder;
      29: aload_0
      30: iconst_2
      31: aaload
      32: invokevirtual # 4 // Metoda java / lang / StringBuilder.append: (Ljava / lang / String;) Ljava / lang / StringBuilder;
      35: invokevirtual # 6 // Metoda java / lang / StringBuilder.toString :() Ljava / lang / String;
      38: astore_1
      39: getstatic # 7 // Pole java / lang / System.out: Ljava / io / PrintStream;
      42: aload_1
      43: invokevirtual # 8 // Metoda java / io / PrintStream.println: (Ljava / lang / String;) V
      46: powrót
}

Jak widać, tworzy a StringBuilderi używa append. Jest to znane jako dość nieefektywne, ponieważ domyślna pojemność wbudowanego bufora StringBuilderwynosi tylko 16 znaków i nie ma możliwości, aby kompilator wiedział, aby przydzielić więcej z wyprzedzeniem, więc w końcu musi ponownie przydzielić. To także kilka wywołań metod. (Należy jednak pamiętać, że JVM może czasami wykrywać i przepisywać te wzorce wywołań, aby były bardziej wydajne).

Spójrzmy, co generuje Java 9:

klasa publiczna Przykład {
  public Przykład ();
    Kod:
       0: aload_0
       1: invokespecial # 1 // Metoda java / lang / Object. "<init>" :() V
       4: powrót

  public static void main (java.lang.String []);
    Kod:
       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 // Pole java / lang / System.out: Ljava / io / PrintStream;
      18: aload_1
      19: invokevirtual # 4 // Metoda java / io / PrintStream.println: (Ljava / lang / String;) V
      22: powrót
}

Ojej, ale to krócej. :-) Wykonuje pojedyncze wywołanie do makeConcatWithConstantsfrom StringConcatFactory, które mówi w swoim Javadoc:

Metody ułatwiające tworzenie metod konkatenacji ciągów znaków, które można wykorzystać do skutecznego łączenia znanej liczby argumentów znanych typów, prawdopodobnie po dostosowaniu typu i częściowej ocenie argumentów. Metody te są zwykle używane jako metody ładowania początkowego w invokedynamicwitrynach wywołań w celu obsługi funkcji łączenia ciągów w języku programowania Java.

Zanim przejdziemy do szczegółów invokedynamicimplementacji używanej do optymalizacji konkatenacji ciągów, moim zdaniem, należy się trochę zapoznać z czym jest wywoływana dynamika i jak z niej korzystać?

W invokedynamic upraszcza instruktażowe i potencjalnie zwiększa implementacji kompilatorów i systemów uruchomieniowych dla dynamicznych języków na JVM . Czyni to, umożliwiając implementatorowi języka zdefiniowanie niestandardowego zachowania powiązania z invokedynamicinstrukcją, która obejmuje następujące kroki.

Prawdopodobnie spróbuję przeprowadzić Cię przez te wszystkie zmiany ze zmianami, które zostały wprowadzone w celu implementacji optymalizacji konkatenacji ciągów.

• Definiowanie metody ładowania początkowego: - W Javie9 metody ładowania początkowego dla invokedynamicwitryn wywołujących obsługują przede wszystkim konkatenację ciągów makeConcati makeConcatWithConstantszostały wprowadzone wraz z StringConcatFactoryimplementacją.

  Użycie invokedynamic stanowi alternatywę dla wyboru strategii tłumaczenia do czasu wykonania. Strategia tłumaczenia używana w programie StringConcatFactoryjest podobna do tej, LambdaMetafactoryktóra została wprowadzona w poprzedniej wersji Java. Dodatkowo jednym z celów JEP wspomnianego w pytaniu jest dalsze rozszerzenie tych strategii.

• Specifying Constant Pool Entries : - Są to dodatkowe statyczne argumenty invokedynamicinstrukcji inne niż (1) MethodHandles.Lookupobiekt będący fabryką do tworzenia uchwytów metod w kontekście invokedynamicinstrukcji, (2) Stringobiekt, nazwa metody wymieniona w wywołaniu dynamicznym site i (3) MethodTypeobiekt, rozpoznana sygnatura typu witryny wywołania dynamicznego.

  Podczas łączenia kodu są już linki. W czasie wykonywania metoda bootstrap działa i łączy w rzeczywistym kodzie wykonującym konkatenację. Przepisuje invokedynamicwywołanie odpowiednim invokestaticwywołaniem. Spowoduje to załadowanie stałego ciągu z puli stałej, a statyczne argumenty metody ładowania początkowego są wykorzystywane do przekazywania tych i innych stałych bezpośrednio do wywołania metody ładowania początkowego.

• Korzystanie z instrukcji invokedynamic : - Zapewnia to ułatwienia dla leniwego łączenia, zapewniając środki do jednorazowego załadowania docelowego wywołania podczas początkowego wywołania. Konkretnym pomysłem na optymalizację jest tutaj zastąpienie całego StringBuilder.appendtańca prostym invokedynamicwywołaniem java.lang.invoke.StringConcatFactory, które zaakceptuje wartości wymagające konkatenacji.

Propozycja Indify String Concatenation przedstawia na przykładzie benchmarking aplikacji z Java9, gdzie skompilowano podobną metodę, jak współdzielona przez @TJ Crowder, a różnica w kodzie bajtowym jest dość widoczna między różnymi implementacjami.

Dodam tutaj trochę szczegółów. Główną częścią do uzyskania jest to, że sposób łączenia ciągów znaków jest decyzją wykonawczą, a nie kompilacją . W ten sposób może się zmienić, co oznacza, że ​​skompilowałeś swój kod raz z java-9 i może zmienić podstawową implementację w dowolny sposób, bez potrzeby ponownej kompilacji.

Po drugie, w tej chwili są 6 possible strategies for concatenation of String:

 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
}

Można wybrać jedną z nich za pomocą parametru: -Djava.lang.invoke.stringConcat. Zauważ, że StringBuildernadal jest to opcja.