Làm thế nào để nối chuỗi được thực hiện trong Java 9?

Như được viết trong JEP 280: Chỉ định kết nối chuỗi :

Thay đổi Stringchuỗi bytecode- định dạng tĩnh được tạo bởi javacđể sử dụng invokedynamiccác lệnh gọi đến các hàm thư viện JDK. Điều này sẽ cho phép tối ưu hóa quá trình Stringghép nối trong tương lai mà không yêu cầu thay đổi thêm đối với mã bytecode bị giới hạn bởi javac.

Ở đây tôi muốn hiểu việc sử dụng các invokedynamiccuộc gọi là gì và cách nối bytecode khác với invokedynamic?

Cách "cũ" tạo ra một loạt các StringBuilderhoạt động được định hướng. Hãy xem xét chương trình này:

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

Nếu chúng tôi biên dịch nó với JDK 8 hoặc cũ hơn và sau đó sử dụng javap -c Exampleđể xem mã bytecode, chúng tôi sẽ thấy một cái gì đó như thế này:

Ví dụ về lớp công khai {
  public Ví dụ ();
    Mã:
       0: aload_0
       1: invokespecial # 1 // Phương thức java / lang / Object. "<init>" :() V
       4: trở lại

  public static void main (java.lang.String []);
    Mã:
       0: new # 2 // class java / lang / StringBuilder
       3: trùng lặp
       4: invokespecial # 3 // Phương thức java / lang / StringBuilder. "<init>" :() V
       7: aload_0
       8: biểu tượngt_0
       9: aaload
      10: invokevirtual # 4 // Phương thức java / lang / StringBuilder.append: (Ljava / lang / String;) Ljava / lang / StringBuilder;
      13: ldc # 5 // Chuỗi -
      15: invokevirtual # 4 // Phương thức java / lang / StringBuilder.append: (Ljava / lang / String;) Ljava / lang / StringBuilder;
      18: aload_0
      19: biểu tượngt_1
      20: aaload
      21: invokevirtual # 4 // Phương thức java / lang / StringBuilder.append: (Ljava / lang / String;) Ljava / lang / StringBuilder;
      24: ldc # 5 // Chuỗi -
      26: invokevirtual # 4 // Phương thức java / lang / StringBuilder.append: (Ljava / lang / String;) Ljava / lang / StringBuilder;
      29: aload_0
      30: biểu tượngt_2
      31: aaload
      32: invokevirtual # 4 // Phương thức java / lang / StringBuilder.append: (Ljava / lang / String;) Ljava / lang / StringBuilder;
      35: invokevirtual # 6 // Phương thức java / lang / StringBuilder.toString :() Ljava / lang / String;
      38: astore_1
      39: getstatic # 7 // Trường java / lang / System.out: Ljava / io / PrintStream;
      42: aload_1
      43: invokevirtual # 8 // Phương thức java / io / PrintStream.println: (Ljava / lang / String;) V
      46: trở lại
}

Như bạn có thể thấy, nó tạo ra một StringBuildervà sử dụng append. Điều này nổi tiếng là khá kém hiệu quả vì dung lượng mặc định của bộ đệm tích hợp StringBuilderchỉ là 16 ký tự và không có cách nào để trình biên dịch biết trước để phân bổ thêm, vì vậy nó sẽ phải phân bổ lại. Nó cũng là một loạt các cuộc gọi phương thức. (Tuy nhiên, lưu ý rằng JVM đôi khi có thể phát hiện và viết lại các mẫu lệnh gọi này để làm cho chúng hiệu quả hơn.)

Hãy xem những gì Java 9 tạo ra:

Ví dụ về lớp công khai {
  public Ví dụ ();
    Mã:
       0: aload_0
       1: invokespecial # 1 // Phương thức java / lang / Object. "<init>" :() V
       4: trở lại

  public static void main (java.lang.String []);
    Mã:
       0: aload_0
       1: biểu tượngt_0
       2: aaload
       3: aload_0
       4: biểu tượngt_1
       5: aaload
       6: aload_0
       7: biểu tượngt_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 // Trường java / lang / System.out: Ljava / io / PrintStream;
      18: aload_1
      19: invokevirtual # 4 // Phương thức java / io / PrintStream.println: (Ljava / lang / String;) V
      22: trở lại
}

Ôi trời nhưng ngắn hơn. :-) Nó thực hiện một cuộc gọi duy nhất đến makeConcatWithConstantstừ StringConcatFactory, nói điều này trong Javadoc của nó:

Các phương pháp để tạo điều kiện thuận lợi cho việc tạo ra các phương pháp nối chuỗi, có thể được sử dụng để nối một cách hiệu quả một số lượng đối số đã biết của các kiểu đã biết, có thể sau khi điều chỉnh kiểu và đánh giá một phần các đối số. Các phương thức này thường được sử dụng làm phương thức khởi động cho invokedynamiccác trang web cuộc gọi, để hỗ trợ tính năng nối chuỗi của Ngôn ngữ lập trình Java.

Trước khi đi vào chi tiết của việc invokedynamictriển khai được sử dụng để tối ưu hóa việc nối chuỗi, theo ý kiến ​​của tôi, người ta phải nắm được một số thông tin cơ bản về What invokedynamic và làm cách nào để sử dụng nó?

Các invokedynamic đơn giản hoá hướng dẫn và có khả năng cải thiện triển khai của trình biên dịch và hệ thống thời gian chạy cho các ngôn ngữ động trên JVM . Nó thực hiện điều này bằng cách cho phép người triển khai ngôn ngữ xác định hành vi liên kết tùy chỉnh với invokedynamichướng dẫn bao gồm các bước sau.

Tôi có thể sẽ thử và hướng dẫn bạn qua những điều này với những thay đổi được đưa ra cùng với việc triển khai tối ưu hóa nối chuỗi.

• Định nghĩa phương pháp Bootstrap : - Với Java9, các phương thức bootstrap cho invokedynamiccác site gọi, để hỗ trợ chủ yếu cho việc nối chuỗi makeConcatvà makeConcatWithConstantsđã được giới thiệu cùng với việc StringConcatFactorytriển khai.

  Việc sử dụng invokedynamic cung cấp một giải pháp thay thế để chọn chiến lược dịch cho đến thời gian chạy. Chiến lược dịch được sử dụng trong StringConcatFactorytương tự như chiến lược đã LambdaMetafactorygiới thiệu trong phiên bản java trước đó. Ngoài ra, một trong những mục tiêu của JEP được đề cập trong câu hỏi là mở rộng các chiến lược này hơn nữa.

• Chỉ định các mục nhập liên tục trong nhóm : - Đây là các đối số tĩnh bổ sung cho invokedynamiclệnh khác với (1) MethodHandles.Lookupđối tượng là nhà máy để tạo các xử lý phương thức trong ngữ cảnh của invokedynamiclệnh, (2) một Stringđối tượng, tên phương thức được đề cập trong lệnh gọi động site và (3) MethodTypeđối tượng, chữ ký kiểu đã phân giải của site gọi động.

  Đã có liên kết trong quá trình liên kết của mã. Trong thời gian chạy, phương thức bootstrap chạy và liên kết trong mã thực thực hiện quá trình nối. Nó viết lại invokedynamiccuộc gọi bằng một invokestaticcuộc gọi thích hợp . Thao tác này tải chuỗi không đổi từ nhóm hằng số, các args tĩnh của phương thức bootstrap được tận dụng để chuyển các hằng số này và các hằng số khác thẳng đến lệnh gọi phương thức bootstrap.

• Sử dụng Lệnh gọi động : - Lệnh này cung cấp các cơ sở cho liên kết lười biếng, bằng cách cung cấp phương tiện để khởi động mục tiêu cuộc gọi một lần, trong lần gọi đầu tiên. Ý tưởng cụ thể để tối ưu hóa ở đây là thay thế toàn bộ StringBuilder.appendvũ điệu bằng một invokedynamiclệnh gọi đơn giản đến java.lang.invoke.StringConcatFactory, điều đó sẽ chấp nhận các giá trị cần nối.

Các Indify String nối các quốc gia đề nghị với một ví dụ điểm chuẩn của các ứng dụng với Java9 nơi một phương pháp tương tự như chia sẻ bởi @TJ Crowder được biên dịch và sự khác biệt trong bytecode là khá rõ ràng giữa việc thực hiện khác nhau.

Tôi sẽ thêm một chút chi tiết ở đây. Phần chính cần có là cách nối chuỗi được thực hiện là quyết định thời gian chạy, không phải là thời gian biên dịch nữa . Do đó, nó có thể thay đổi, có nghĩa là bạn đã biên dịch mã của mình một lần so với java-9 và nó có thể thay đổi cách triển khai bên dưới theo cách nào nó vừa ý mà không cần phải biên dịch lại.

Và điểm thứ hai là hiện tại có 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
}

Bạn có thể chọn bất kỳ của họ thông qua một tham số: -Djava.lang.invoke.stringConcat. Lưu ý rằng đó StringBuildervẫn là một tùy chọn.