JVM入門 -Javaプログラムが動く仕組み-

2019/11/23 JJUG CCC 2019 Fall - 日本Javaユーザーグループ 登壇資料です。

Transcript

1. JVM⼊⾨
 Javaプログラムが動く仕組み Abe Asami (きの⼦)
2. ⾃⼰紹介 "CF
   "TBNJ
   l͖ͷࢠ
   z
   
 େࡕͷϑϦʔϥϯεϓϩάϥϚ IUUQOPDPOPOFU !BBUI +BWB,PUMJO4DBMBͳͲͳͲ
3. 最近やっていること https://www.geekhub.jp/
 ΤϯδχΞಛԽ߹ಉઆ໌ձΠϕϯτɻ࣍ճ 1/25(౔) ։࠵༧ఆ ʮJava11ʹΑΔ
 WebΞϓϦέʔγϣϯ։ൃͰֶͿ
 Javaϓϩάϥϛϯάೖ໳ʯൢചத https://www.udemy.com/java11-springbootweb-java/
4. このセッションのターゲット • JavaͰ։ൃΛ͍ͯ͠Δ͕ɺJVM͕ԿΛ͍ͯ͠ Δͷ͔͸Α͘஌Βͳ͍ਓ • ώʔϓɺGCɺOutOfMemoryɺJITɺ HotSpotɺGraal…ͳͲͳͲ͍ΖΜͳ༻ޠΛࣖ ʹ͸͢Δ͕Α͘Θ͔Βͳ͍
5. このセッションのゴール • JVMपΓͷ༻ޠ͕;ΜΘΓཧղͰ͖ΔΑ͏ʹͳΔ • JVM͕ԿΛ΍͍ͬͯΔ͔͕ͳΜͱͳ͘Θ͔ΔΑ͏ ʹͳΔ • JVMपΓͰࠔΓ͝ͱʹૺ۰ͨ͠৔߹ʹͲ͏ղੳ͠ ͯରॲ͢Ε͹͍͍ͷ͔ɺΞλϦΛ͚ͭΔ͜ͱ͕Ͱ ͖ΔΑ͏ʹͳΔ
6. JVMとは？
7. JavaVM (Java仮想マシン) • JavaόΠτίʔυΛ࣮ߦ͢ΔͨΊͷԾ૝؀ڥ • OSґଘΛٵऩ
8. JDK‧JREとJVMの関係 • JRE(Java Runtime Environment) • JavaΛ࣮ߦ͢ΔͨΊʹඞཁͳιϑτ΢ΣΞηοτ • JVMΛؚΉ • JDK(Java Development Kit) • Javaͷιϑτ΢ΣΞ։ൃΛߦ͏ͨΊʹඞཁͳιϑτ΢ΣΞ ηοτ • JREΛؚΉ
10. Javaのコードが JVM上で動くまで
11. Javaソースコード
12. コンパイル
13. Javaバイトコードを含む クラスファイルが⽣成される バイナリファイルであるため そのままだと読めないので、 「javap」コマンドで⼈間に読 める形に逆アセンブル
14. 実⾏
15. Hello! World!
16. 実⾏の流れ ᶃ JVMىಈ ᶄ ϩʔυ
 (Ϋϥεϩʔμʔ͕ඞཁͳΫϥεϑΝΠϧΛಡΈࠐΉ) ᶅ ϦϯΫ(Ϋϥε͕ഁଛ͍ͯ͠ͳ͍͔ͷݕূ΍ࢀরͷղܾ) ᶆ ॳظԽ(staticϑΟʔϧυͷॳظԽͳͲ) ᶇ mainϝιου࣮ߦ
17. バイトコードは1⾏ずつ実⾏される
18. でもそれだと処理速度が遅い‧‧‧
19. 「JITコンパイラ」 ͦ͜Ͱొ৔͢Δͷ͕
20. JITコンパイラ
 (Just In Time Compiler) • ࣮ߦ࣌ʹίϯύΠϧΛߦ͍ॲཧΛ࠷దԽ͢Δ • ྫ͑͹Α͘ݺͼग़͞ΕΔॲཧʹ͍ͭͯ࠷ దԽΛߦͳ͏ͳͲɺ࣮ߦ݁ՌΛݩʹॲཧ Λߦͳ͏ • Java͸javacʹΑΔΫϥεϑΝΠϧ΁ͷίϯύ Πϧͱɺ͜ͷ࣮ߦ࣌ͷίϯύΠϧ͕͋Δ
21. Javaバイトコードは「命令」 • JavaԾ૝Ϛγϯͷ໋ྩηοτ • ྫʣ
 i2fɾɾɾintΛfloatʹม׵
 faddɾɾɾfloatͷՃࢉΛߦͳ͏
22. JVMはスタックマシン • ʮελοΫʯͱݺ͹ΕΔྖҬʹ໋ྩΛPushɾ Pop͠ͳ͕ΒɺϓϩάϥϜΛ࣮ߦ͍ͯ͘͠
23. 実⾏イメージ バイトコードの命令を1⾏ず つ実⾏ 変数の値を読み込んでPush するという命令
24. 値を2つpopし、⾜した結果 をPushするという命令
25. このスタックは
 「オペランドスタック」
26. メソッドを呼び出すと
 「フレーム」が作成されます
27. 「メソッドフレーム」 これもスタック
28. スタックトレース • ελοΫͷग़ྗ • ϝιουͷݺͼग़͠ͷཤྺ
29. スタックオーバーフロー • ελοΫͷڐ༰ྔΛ௒͑Δͱ ʮStackOverflowErrorʯ
30. スレッド スレッドの中に1つのスタック(メソッ ドフレーム)がある
31. Javaはマルチスレッド
32. スレッドダンプ • ͱ͋ΔॠؒͷεϨου(ελοΫͳͲ)ͷঢ়ଶ Λग़ྗͨ͠΋ͷ • jstack ɾjcmdίϚϯυͰग़ྗ͢Δ͜ͱ͕Ͱ͖ Δ • τϥϒϧൃੜ࣌ͷௐࠪ΍ύϑΥʔϚϯεɾ νϡʔχϯάʹ໾ཱͭ
33. JVMの種類について
34. JVMには種類がある • JVMͷ࢓༷͸JavaԾ૝Ϛγϯ࢓༷ʹΑͬͯن ఆ͞Ε͍ͯΔ͕ɺந৅త • classϑΝΠϧΛಡΈࠐΜͰਖ਼࣮͘͠ߦͰ ͖Ε͹OKͰ͋ͱ͸JVMͷ࣮૷ऀ࣍ୈ • ֤छϕϯμ͕ಠࣗJVMΛఏڙ͍ͯ͠Δ
35. HotSpotVM • Oracleఏڙ • Ұ൪ϝδϟʔͰɺେମͷਓ͸͜ΕΛ࢖͍ͬͯ Δഺ • HotSpotͱ͍͏JITίϯύΠϥΛ࠾༻
36. GraalVM • ͜Ε΋Oracleఏڙ • Graalͱ͍͏JITίϯύΠϥΛ࠾༻͍ͯ͠Δ • Ruby΍PythonͳͲଞݴޠΛ࣮ߦ͢Δػೳ΋ • AOTίϯύΠϧͰͷωΠςΟϒΠϝʔδԽ΋ ஫໨͞Ε͍ͯΔ ࠷ۙΑ͘ฉ͘
37. AOTコンパイル • ࣄલίϯύΠϧ • JITͱҟͳΓɺJVMىಈલʹωΠςΟϒίʔ υ(=OS͕ղऍͰ͖Δίʔυ)ʹίϯύΠϧ • Java9͔Βಋೖ • HotSpotVMͰ΋࣮ݧతʹ(?)ಋೖ͞Ε͍ͯΔ ちょっとややこしいけど最近よく名前が出る‧‧‧
38. JVMのメモリ管理
39. 前提条件 • HotSpot VM Java8 • όʔδϣϯ΍JVMʹΑͬͯࠩҟ͕͋ͬͯ
 ΍΍͍͜͠ͷͰ
40. JVMのメモリ構造
41. プログラムで⽣成したオブジェク トはHeapに割り当てられる
47. これが「GC」
48. GC(GarbageCollection) • ·ͣɺෆཁͱͳͬͨΦϒδΣΫτΛ୳͢ɻ • ෆཁͱ൑அͨ͠ϝϞϦΛղ์͢Δɻ
55. ヒープのサイズはオプションで
 設定することができる % java -Xms600m -Xmx800m -Xloggc:gc.log -XX:+PrintGCDetails -XX: +PrintGCDateStamps Main -Xms ɾɾɾώʔϓͷॳظαΠζ
 -Xmx ɾɾɾώʔϓͷ࠷େαΠζ
56. GCはとてもコストがかかります • GC༻ͷεϨου͕ඞཁ • GCର৅ͷΞϓϦέʔγϣϯεϨουΛࢭΊͯ ͠·͏ GCʹΑΓ௕࣌ؒΞϓϦέʔγϣϯ͕ࢭ·Δݱ৅Λ
 Stop the World (STW) ͱݺͿ
57. GCには⾊々なアルゴリズムがある • Mark&Sweep • Copy • ੈ୅ผ
58. GCには⾊々なアルゴリズムがある • Mark&Sweep • Copy • ੈ୅ผ これらのアルゴリズムを基本に、各JVMが独⾃でGCを実装している
59. HotSpotVMのGCの種類 • γϦΞϧܕ • ύϥϨϧܕ • CMS • G1 ※ Java にはShenandoah という新しいGCが実験的に追加されているそうです。 基本はJVM任せでOKだが、
 シビアなチューニングが必要な場合は
 それぞれのメリット‧デメリットを踏まえて選択する。
 (スループット重視かレスポンス重視か‧‧‧)
60. いろいろあるけど
 「世代別」が基本となっているので 世代別GCについて説明します
61. ヒープには「Young領域」と 「Old領域」があります
62. オブジェクトはまずYoung領域に 作られます
63. Young領域がいっぱいになってき たら‧‧‧
64. Young領域だけGCが実⾏されます
65. これを「マイナーGC」といいます
66. GCされず、⽣き残った
 回数はカウントされます
67. マイナーGCを繰り返す中でいつまでも
 残り「歳をとった」オブジェクトは‧‧‧
68. Old領域に移動します
69. もしOld領域もいっぱいになって きた場合‧‧‧
70. ヒープ全域にGCが⾛ります
71. これを「メジャー(Full )GC」とい います
72. 実際のプログラムで GCの状況を解析してみる
73. GCログ • GCͷॲཧ࣌ؒ΍લޙͷϝϞϦ࢖༻ྔͳͲͷϩ ά
74. GCViewer • GCϩάͷϏϡʔΞʔ • https://github.com/chewiebug/GCViewer • 2019/07/18 ݱࡏɺJDK11ະରԠ
75. とりあえず、 なんかしら動かして GCログを出してみる
76. 参照が残らないインスタンスを
 ひたすら⽣成
77. 実⾏ java -Xloggc:gc.log -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps Main GCϩάग़ྗͷͨΊͷΦϓγϣϯ (※ඪ४ग़ྗʹग़͚ͩ͢Ͱ͋Ε͹ 
 -verbose:gc ͚͚ͩͭΕ͹OK)
78. 出⼒されたログ
79. GCViewerで開いてみる
80. ΦϒδΣΫτ͸·ͣYoungྖҬʹ࡞ΒΕɺ
 ੜ੒͔Β͕࣌ؒܦͭͱOldྖҬʹҠಈ͢Δ
81. ࠓճ͸OldྖҬ΁ͷҠಈ͕ൃੜ͠ͳ͍ͨΊ
 ώʔϓશମͷ࢖༻ྔ ≒ YoungྖҬͷώʔϓ࢖༻ྔ
82. GC࣌ʹͪΌΜͱϝϞϦ͕ղ์͞Ε͍ͯΔ
83. ϚΠφʔGCɾɾɾYoungྖҬͷΈ͕ର৅ YoungྖҬ͕
 ͍ͬͺ͍ʹͳͬͨ
 λΠϛϯάͰ
 ϚΠφʔGC͕
 ࣮ߦ͞Ε͍ͯΔ
84. もう1パターン
 試してみる
85. 参照が残るインスタンスを
 ひたすら⽣成
86. GCログ
87. これもGCViewerで開いてみる
89. Full GC (ϝδϟʔGC)ɾɾɾશώʔϓྖҬ͕ର৅
90. Full GCは時間がかかる 2019-07-18T07:28:35.759-0900: 53.145: [GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 1153507K->190965K(1768960K)] 1400776K->506242K(2118656K), 0.3026525 secs] [Times: user=2.55 sys=0.14, real=0.31 secs] 2019-07-18T07:28:36.064-0900: 53.450: [Full GC (Ergonomics) [PSYoungGen: 190965K->190932K(1768960K)] [ParOldGe 315276K->290297K(610816K)] 506242K->481229K(2379776K), [Metaspace: 2676K->2676K(1056768K)], 4.7517463 secs] [Times: user=29.92 sys=0.06, real=4.75 secs] ্ͷϚΠφʔGC ɾɾɾ 0.31 secs
 ԼͷFull GC ɾɾɾ 4.75 secs
91. ヒープダンプ • ಛఆͷ࣌ࠁʹώʔϓ಺ʹؚ·ΕΔ͢΂ͯͷΦϒ δΣΫτͷεφοϓγϣοτ java -Xms600m -Xmx800m -Xloggc:gc.log -XX:+PrintGCDetails -XX: +PrintGCDateStamps -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError Main -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
 ɾɾɾ OOMEൃੜ࣌ʹώʔϓμϯϓΛग़ྗ
92. まとめ • ීஈͷ։ൃͰ͋·Γҙࣝ͢Δ͜ͱ͸ͳ͍͚Ε Ͳ΋ɺಛʹӡ༻ϑΣʔζͰԿ͔τϥϒϧ͕ ͋ͬͨ৔߹ʹɺJVMͷ͜ͷลͷ஌͕ࣝ͋Δͱ ߄ͯͳͯ͘͢Ή (ଟ෼)
93. ご清聴ありがとうござ いました。
94. 参考資料 • JavaԾ૝Ϛγϯ࢓༷ (The Java series) • ಺༰͕ݹ͍ͷͰ஫ҙ • JavaύϑΥʔϚϯενϡʔχϯά ୈ2൛ • JavaͷϓϩάϥϜ͸Ͳ͏΍ͬͯಈ͍͍ͯΔͷ? JVMฤ https:// www.slideshare.net/skrb/java-jvm • JavaͷϓϩάϥϜ͸Ͳ͏΍ͬͯಈ͍͍ͯΔͷ? GCฤ https:// www.slideshare.net/skrb/java-gc-47402594
95. • OutOfMemoryError ͷௐ΂ํ - Qiita https://qiita.com/opengl-8080/ items/64152ee9965441f7667b • Java͸ͲͷΑ͏ʹಈ͘ͷ͔ʙਤղͰΘ͔ΔJVMͷ࢓૊Έɿ࿈ࡌʛ gihyo.jp … ٕज़ධ࿦ࣾ http://gihyo.jp/dev/serial/01/jvm-arc • ʮϝϞϦʔΛҙࣝͯ͠ΈΑ͏ʯୈ2ճɹGCͷ࢓૊ΈΛཧղ͢Δ | ೔ܦ xTECHʢΫϩεςοΫʣ https://tech.nikkeibp.co.jp/it/article/ COLUMN/20060612/240657/?rt=nocnt • ·͡ΊʹJVMνϡʔχϯά: ୈ1ճ ·ͣ͸ݱঢ়֬ೝ https:// x1.inkenkun.com/archives/367