NilAway による静的解析で「10 億ドル」を節約する #kyotogo / Kyoto Go 56th

Kyoto.go #56 オフライン忘年 LT 会で使用したスライドです。

Transcript

1. #kyotogo NilAway による静的解析で 「10 億ドル」を節約する　 チェシャ猫 (@y_taka_23) Kyoto.go #56 オフライン忘年 LT 大会 (15th Dec. 2024)
2. #kyotogo 第 1 問（初級）
3. #kyotogo 何が起こる？ 1. 改行のみ出力して正常終了 2. 何も出力せず正常終了 3. panic になる
4. #kyotogo 何が起こる？ 1. 改行のみ出力して正常終了 2. 何も出力せず正常終了 3. panic になる【正解】
5. #kyotogo 第 2 問（中級）
6. #kyotogo 何が起こる？ 1. 改行のみ出力して正常終了 2. 何も出力せず正常終了 3. panic になる
7. #kyotogo 何が起こる？ 1. 改行のみ出力して正常終了 2. 何も出力せず正常終了 3. panic になる【正解】
8. #kyotogo 第 3 問（上級）
9. #kyotogo あなたは nil 判定をどうやって解いた？
10. #kyotogo 無効な参照によるエラー • 10 億ドルの過ち（The Billion Dollar Mistake） ◦ null を「発明」した Hoare による 2009 年の後悔の言 ◦ Dijkstra 「独身者が全員一人の null と重婚した状態」 • nil 参照は実行時エラーとしてはかなり厄介 ◦ あらゆる型に対し nil チェックが必要になってしまう ◦ 原因と結果がコード的にも時間的にも遠く離れがち 参考：https://www.infoq.com/presentations/Null-References-The-Billion-Dollar-Mistake-Tony-Hoare/
11. #kyotogo 実行前に静的に nil 参照を検出したい
12. #kyotogo NilAway by Uber https://github.com/uber-go/nilaway
13. #kyotogo NilAway の特徴 • ソースコードから静的に nil エラーを発見 ◦ 関数やパッケージを跨いだエラーが検知可能 ◦ nil になり得る具体的な原因をメッセージとして表示 • go/analysis パッケージを使用 ◦ 内部は複数の Analyzer でモジュール化され並列動作 ◦ golangci-lint や bazel+nogo などのツールから呼び出し可能 参考：静的解析のモジュール化（https://zenn.dev/tenntenn/books/d168faebb1a739/viewer/9d590e）
14. #kyotogo NilAway による検査結果 • ソースコードの nil flow を解析 ◦ foo() が nil リテラルを返却（10 行目） ◦ foo() を参照（6 行目）
15. #kyotogo nil flow による因果推論 • nil の発生と参照の因果関係を辺としたグラフを構築 ◦ 発生：nil リテラル、var 宣言、関数の引数など ◦ 参照：デリファレンス、フィールドアクセスなど • 各ノードに対して「nil であり得るか」をマーク ◦ 発生側を true、参照側を false として伝播・確定させていく ◦ true かつ false の矛盾したノードが現れたら nil エラー
16. #kyotogo *foo(x, bar()) bar() foo の x foo の y foo(x, y) main の x bar の nil リテラル var 宣言 引数 return 引数 デリファレンス return if x == nil
17. #kyotogo *foo(x, bar()) bar() foo の x foo の y foo(x, y) main の x bar の nil リテラル var 宣言 引数 return 引数 デリファレンス return if x == nil 赤は nil 確定 緑は nil 不可能 黒は矛盾
18. #kyotogo *foo(x, bar()) bar() foo の x foo の y foo(x, y) main の x bar の nil リテラル var 宣言 引数 return 引数 デリファレンス return if x == nil 赤は nil 確定 緑は nil 不可能 黒は両方（矛盾）
19. #kyotogo というかそれは自明では？
20. #kyotogo 冒頭の第 3 問への回答 • ちゃんとした形式化の複雑さ ◦ 人間も基本的には因果関係を辿って nil を発見 ◦ 意外なトリックがあるという感じではない ◦ しかしアルゴリズムに落とし込むとなると割と複雑 • 計算機科学の裏付けによるスケール可能性 ◦ 因果グラフ推論は 2-SAT 問題とみなせ、線形時間で判定可能
21. #kyotogo まとめ • nil 参照は厄介なタイプの実行時エラー ◦ 考案者 Hoare 自身も後に「10 億ドルの過ち」と認める • NilAway により静的に解析が可能 ◦ nil の可能性を制約としてグラフ上で伝播させ矛盾を検出 • 人間が頭の中で行う「普通にわかる」の形式化 ◦ 意外と複雑な処理だが、厳密に記述できればスケール可能
22. #kyotogo Save the Billion Dollars by NilAway! Presented by チェシャ猫 (@y_taka_23)