valhalla 插件

通过所有有关Java 9和Project Jigsaw的讨论，我们不应忽视Java的另一重大变化。 希望在第10版或第11版中， Valhalla项目能够实现并介绍价值类型和专业化。

那么，这是什么一回事，项目进展如何，面临什么挑战？ 几天前，Oracle的Java语言架构师和Valhalla的项目负责人Brian Goetz在JVM Language Summit 2015上的一次演讲中回答了这些问题。

我们来看一下。

总览

这篇文章将介绍Goetz演讲“冒险之路到Valhalla”的四个部分中的三个。

他以序言开头，我为那些尚不了解Valhalla项目的人提供了一些补充说明。 Goetz继续展示这两个原型，其中第一个原型于去年公开发布，而第二个原型仅在两周前发布。 由于这篇文章已经足够长了，因此我将不讨论他关于未来实验的最后一部分。 如果您觉得这个话题很有趣，那么一定要看整个演讲！

全文中的所有引用均来自幻灯片或逐字记录。

这里是谈话：

（顺便说一句，JVMLS团队在几个小时内就将所有讨论都在线上获得了赞誉！）

如果您可以节省50分钟，那就去看吧！ 然后，无需阅读这篇文章。

序幕

Valhalla项目涉及的两个主要主题是价值类型和通用专业化 。

值类型

前者将允许用户定义具有相同属性（如不变性，相等性而不是标识）的“类似int”的类型，以及由此产生的性能优势。 它们之前是Java 8的基于值的类 。

（除非另有说明，否则当本文章的其余部分讨论基元时，将包括值类型。）

通用专业化

随着每个人都声明自己的原始类型，泛型无法在它们之上工作的事实（即，没有ArrayList <int> ）引起的问题变得令人无法忍受。 从概念的角度来看，虽然必须对原语进行装箱，但它具有显着的性能成本。

首先，存储对象而不是基元会花费额外的内存（例如，用于对象标头）。 然后，更糟的是，装箱会破坏缓存的局部性 。 当CPU缓存一个整数数组时，它仅获取指向实际值的指针。 提取这些是额外的随机内存访问。 当CPU主要在等待高速缓存未命中时，这种额外级别的间接开销会付出巨大的代价，并可能破坏并行化。

因此，Valhalla项目的另一个目标是扩大参数多态性的范围，以使泛型能够覆盖基元。 为了获得成功，JVM应该使用基元而不是用于通用类中的通用字段，参数和返回值的框。

由于可能的实现方式，这称为通用专业化 。

因此，泛型需要与值类型很好地配合使用，并且原语可以伴随而来。

泛型的现状

由于擦除，类型变量被擦除到其边界，即ArrayList <Integer>有效地变为ArrayList <Object> （或者仅仅是ArrayList ）。 这样的界限必须是所有可能实例化的超类型。 但是Java在基本类型和引用类型之上没有类型。

另外，JVM字节码指令通常是正交的，即沿同一行分割。 一个aload或ASTORE只能移动引用。 专业变体具有用于原语，如ILOAD或istore为int类型 。 没有字节码可以同时移动引用和int 。

因此，类型系统和字节码指令集都无法完成生成原语的任务。 十多年前开发出仿制药时，这已广为人知，作为妥协，决定只是不允许这样做。

今天的问题来自昨天的解决方案...

兼容性！

当然，Valhalla项目下发生的所有事情都必须向后兼容。 这有几种形式：

• 二进制兼容性 –现有字节码（即已编译的类文件）必须继续表示同一意思。 这样可以确保依赖项继续工作而无需重新编译。
• 源代码兼容性 –源文件必须继续具有完全相同的含义，因此重新编译它们一定不能“仅仅因为语言已更改”而更改任何内容。
• 迁移兼容性 –来自不同Java版本的编译类必须协同工作，以允许一次迁移一个依赖项。

另一个要求是不要使JVM模仿太多的Java语言。 这样做将迫使其他JVM语言处理Java语言的语义。

大约一年前，Goetz和他的同事展示了专业化的第一个实验性实现。

想法

在此原型中，编​​译器继续生成已擦除的类文件，但使用其他类型信息对其进行了扩充。

VM会忽略此信息，但将由专化器使用 ，这是类加载器的新组成部分。 后者将识别何时需要带有原始类型参数的类，并让专业化工具从已删除但已增强的类文件中即时生成它。

通过擦除，一个类的所有通用实例都使用相同的类文件。 相反，为每种原始类型创建一个新的类文件称为specialization 。

细节

在该原型中，使用“名称处理技术”描述了专门的类。 类名后面附加一个字符串，该字符串指示哪种类型参数专用于哪个原语。 例如， ArrayList $ { 0 = I }的意思是“用第一个类型变量int实例化的ArrayList ”。

在专业化期间，必须更改签名和字节码。 为了正确地做到这一点，专门化者需要知道哪些对象出现（所有通用类型都被擦除了）必须专门化为哪种类型。 所需的签名信息已经大部分存在于类文件中，并且原型使用附加的类型元数据注释字节码。

从Goetz的8:44起 ，我们给出了几个如何进行的示例。 他还使用它们来指出这种实现必须要注意的一些细节，例如泛型方法的主题。

我知道那是很多快速的挥手。 关键是，这很简单，但是却有很多复杂性。

摘要

该实验表明，基于类文件元数据的即时专业化无需更改虚拟机即可工作。 这些都是重要的成就，但也有不利的弊端。

首先，它需要实现一组复杂的细节。

其次，也许是最重要的是，它具有有问题的类型系统特征。 在不更改VM的情况下，仍然没有int和String的公共超类型，因此也没有ArrayList <int>和ArrayList <String>的公共超类型。 这意味着无法声明“ ArrayList的任何实例化”。

第三，这具有可怕的代码共享属性。 即使ArrayList <int>和ArrayList <String>的大部分代码是相同的，也可以在ArrayList $ { 0 = I }和ArrayList中重复。

死亡减少1000点。

第二个非常新的原型解决了有问题的类型系统特征。

问题

当前，无界通配符表示“类的任何实例”，例如ArrayList < ？ >表示“任何ArrayList ”。 它们被大量使用，尤其是库开发人员。 在ArrayList <int>和ArrayList <String>是不同类的系统中，通配符可能更为重要，因为它们弥合了它们之间的鸿沟并“表达了基本的ArrayList -ness”。

但是如果我们假设ArrayList < ？ >是ArrayList <int>的超类型，我们最终会遇到需要多个类继承的情况。 原因是ArrayList <T>扩展了AbstractList <T>，所以我们也希望ArrayList <int>扩展AbstractList <int> 。 现在ArrayList <int>将扩展ArrayList < ？ >和AbstractList <int> （没有继承关系）。

（请注意，与当前泛型的区别在于擦除。在VM中， ArrayList <Integer>和ArrayList < ？ >是同一类ArrayList ，可以自由扩展AbstractList 。）

根本原因是，当ArrayList < ？ >看起来似乎意味着“任何ArrayList ”，实际上意味着ArrayList < ？ 扩展 Object > ，即“引用类型上的任何ArrayList ”。

想法

原型引入了带有ref ， val和any的通配符新层次结构：

• ref包含所有引用类型并替换？
• val包含所有原语和值类型（原型当前不支持该值，并且在谈话中未提及，但已在Valhalla邮件列表中宣布 ）
• 任何同时包含ref和val

专用类的多重继承将通过使用合成接口表示任意类型来解决。 ArrayList <int>因此将扩展AbstractList <int>并实现ArrayList <any> 。

细节

层次结构

ArrayList <ref> ，它是ArrayList < 吗？ > ，将继续为已擦除类型。

为了表示ArrayList <any> ，编译器将创建一个ArrayList $ any接口。 它将由ArrayList生成的所有类（例如ArrayList <int>和已擦除的ArrayList ）实现，并将扩展与超类相对应的所有综合接口，例如AbstractList <any>的 AbstractList $ any 。

该接口将包含该类的所有方法的声明以及其字段的访问器。 因为仍然没有对象和基元的公共超类型，所以必须将其通用参数和返回类型装箱。

但是，仅当以ArrayList <any>的方式访问该类时，才需要采取这种绕行的方法，而直接访问是例如ArrayList <int>的 。 因此，装箱的性能成本仅由使用通配符的开发人员承担，而使用原始专业化的代码直接获得期望的改进性能。

它干净利落地工作。

你不应该相信我，事情变得复杂了。 但这是个好故事。 我们会继续前进。

从Goetz的26:33开始，提供一些示例来解释一些细节。

辅助功能

可访问性是VM需要更改的区域。 到目前为止，接口不能具有私有或包可见的方法。 （在Java 9中，可以使用私有默认方法，但这在这里无济于事，因为需要实现。）

一个联系在一起但更老的问题是，即使VM不允许这样做，外部类及其内部类也可以彼此访问私有成员，因为VM不允许这样做，因为它们都是不相关的类。 当前，这是通过生成桥接方法（即具有较高可见性的方法，而不是无法访问的私有成员）进行调用来解决的。

为专门的类创建更多的桥接方法将是可能的，但是很费力。 相反，可能的更改是创建类嵌套的概念。 它包含所有专用类和内部类，并且VM允许访问嵌套内部的私有成员。

这将使语言的解释与VM的解释保持一致，VM的语言将所有专业化知识和内部类作为一个单元，而VM的解释直到现在只看到一堆不相关的类。

数组

通用方法也可以采用或返回数组。 但是，虽然专业化可以将一个int装到一个Object上 ，但是int [ ] 却不是Object [ ]，并且将每个单独的int装箱是一个糟糕的主意。

Arrays 2.0可能在这里有所帮助。 因为讨论需要基本熟悉该提案，所以我不会详细介绍。 总而言之，看起来他们将解决问题。

摘要

语言的更改在概念上很简单。 在没有任何变化的情况下。 类型变量可以用任何修饰，如果需要将实例分配给通配符类型，则通配符也必须使用任何通配符。

有了跨越原始类型和引用类型的通用类的通用超类型，例如ArrayList <any> ，生成的编程模型就更加合理了。 在谈到他的团队将Stream API移植到此原型的经验时，Goetz说：

真的很顺利。 这正是您想要的。 大约70％的代码刚刚消失了，因为所有手工专门化的原始东西都消失了，然后许多支持手工专门化的复杂机制也消失了，三年级的学生可以成为一个简单的图书馆写。 因此，我们认为这是一个非常成功的实验。

与现有代码的兼容性也很好。

不幸的是，第一个原型的不良代码共享属性仍然存在。 ArrayList <int>和ArrayList <String>仍然是不同的类，它们非常相似，但不共享任何代码。 下一部分（我将不在本文中介绍）解决该问题，并提出解决该问题的可能方法。

谈话非常密集，涉及很多领域。 我们已经看到，值类型的引入和期望的性能改进需要通用专业化，因此可以减少甚至防止装箱。

第一个原型通过在装入类时专门化类来实现这一目标，而无需更改JVM。 但是，存在一个问题，即类的所有实例都没有通用的超类型，因为基本类型和引用类型参数会产生完全不相关的类。 第二个原型引入了通配符ref ， val和any，并使用合成接口来表示any-types。

这一切都非常令人兴奋，我等不及要尝试一下！ 不幸的是，我要去度假，所以我不能一会儿了。 愚蠢的现实生活……别走了，别毁了一切！

该帖子最初发布在codefx.org上 。

翻译自: https://jaxenter.com/challenges-and-timelines-for-project-valhalla-119608.html

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