JS2-14 マルチコアCPU時代の Javaプログラミング

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かずまさすえがら
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JavaOne Tokyo 2012 JS2-14 マルチコア CPU 時代の Java プログラミング

いまどきの CPU Xeon E7-8870 コア数 10 スレッド数 20 SPARC T3

80 スレッド数 160 SPARC T3-4 CPU 数 4 コア数 64 スレッド数

6 コア数を意識する Java HotSpot VM のエルゴノミクス機能 Java VM が動作するマシン情報から自動判定 GC のワーカースレッド数に影響確認方法 ( スレッドダンプ ) "GC task thread#0 (ParallelGC)" prio=10 tid=0x088d1800 nid=0x3428 runnable "GC task thread#1 (ParallelGC)" prio=10 tid=0x088d3000 nid=0x3429 runnable "GC task thread#2 (ParallelGC)" prio=10 tid=0x088d4400 nid=0x3430 runnable "GC task thread#3 (ParallelGC)" prio=10 tid=0x088d5000 nid=0x3431 runnable "GC task thread#4 (ParallelGC)" prio=10 tid=0x088d6000 nid=0x3432 runnable -XX:ParallelGCThreads=n ( パラレル GC 使用時 ) -XX:ConcGCThreads=n ( コンカレント GC 使用時 ) 5 Copyright 2012 FUJITSU LIMITED

7 コア数を意識する Java java.util. concurrent.forkjoinpool タスクを分割し work-stealingモデルで並列に実行デフォルトの並列数は論理 CPU 数 ForkJoinPool pool = new ForkJoinPool(); pool.invoke(sometask); ForkJoinPool pool = new ForkJoinPool(properValue); pool.invoke(sometask); 6 Copyright 2012 FUJITSU LIMITED

10 メモリアロケーション Java のアロケーションはロックレス TLAB(Thread Local Alloc Buffer) Eden 領域 ( 初期状態 ) Eden 領域 ( アロケート時 ) スレッド A に割当てスレッド B に割当てスレッド A からのメモリ要求スレッド B からのメモリ要求多重度を上げても問題ないように見えるが 9 Copyright 2012 FUJITSU LIMITED

12 ガベージコレクション JNI 使用時には注意が必要 cstr = (*env)->getstringcritical(env, string, &iscopy); ~ 長い処理 ~ (*env)->releasestringcritical(env, string, cstr); GetStringCritical ReleaseStringCritical 間はガベージコレクションが抑止他のスレッドで OutOfMemoryError の可能性 GetPrimitiveArrayCritical も同様 11 Copyright 2012 FUJITSU LIMITED

14 JavaVM ロック機構の進化ほとんどのロックは共有すらされていない第三世代バイアスロックロード命令を使用ほとんどのロックは競合していない第二世代シンロック CAS 命令を使用マルチコア CPU では CAS のコストが増大第一世代ヘビーロック OS の mutex 関数を使用オブジェクト毎に mutex を用意ロック機構の進化はロック競合時の改良ではない 13 Copyright 2012 FUJITSU LIMITED

15 無意識のロック API ドキュメントにはどのメソッドが synchronize メソッドか記述なし内部的に synchronized ブロックを使用している場合もあり java.util.hashtable java.lang.stringbuffer java.lang.string#getbytes() java.net.inetaddress#getallbyname() java.io.file#renameto() 14 Copyright 2012 FUJITSU LIMITED

16 無意識のロック java.util.hashtable クラスほとんどのメソッドが synchronize メソッドスレッドローカルで使用するなら java.util.hashmap 等を java.lang.stringbuffer クラスほとんどのメソッドが synchronize メソッド java.lang.stringbuilder の使用を 15 Copyright 2012 FUJITSU LIMITED

17 無意識のロック java.lang.string#getbytes() byte[] b1 = str1.getbytes( MS932 ); byte[] b2 = str2.getbytes( EUC_JP ); byte[] b3 = str3.getbytes( UTF-8 ); at sun.nio.cs.fastcharsetprovider.charsetforname(fastcharsetprovi -waiting to lock <0x74b1e5d8> (a sun.nio.cs.standardcharsets) at java.nio.charset.charset.lookup2(charset.java:487) at java.nio.charset.charset.lookup(charset.java:475) at java.nio.charset.charset.issupported(charset.java:517) at java.lang.stringcoding.lookupcharset(stringcoding.java:99) at java.lang.stringcoding.encode(stringcoding.java:335) at java.lang.string.getbytes(string.java:955) 16 Copyright 2012 FUJITSU LIMITED

18 無意識のロック java.net.inetaddress#getallbyname() InetAddress ia = InetAddress.getAllByName( hostname ); at java.net.inetaddress.getcachedaddresses(inetaddress.java:839) -waiting to lock <0x74b40e78> (a java.net.inetaddress$cache) at java.net.inetaddress.getallbyname0(inetaddress.java:1207) at java.net.inetaddress.getallbyname(inetaddress.java:1127) at java.net.inetaddress.getallbyname(inetaddress.java:1063) 17 Copyright 2012 FUJITSU LIMITED

19 無意識のロック java.io.file#renameto() (delete/mkdirs/getcanonicalpath も同様 ) File f1 = new File( ); File f2 = new File( ); f1.renameto(f2); at java.io.expiringcache.clear(expiringcache.java:98) -locked <0x9fa0c328> (a java.io.expiringcache) at java.io.unixfilesystem.rename(unixfilesystem.java:276) at java.io.file.renameto(file.java:1314) 18 Copyright 2012 FUJITSU LIMITED

20 フェアネスロック lock = new Object(); public void run() { for (int i = 0 ; i < 100 ; i++) { synchronized (lock) { System.out.println( i=" + i + " tid=" + Thread.currentThread().getId()); } } 期待する結果 i=0 tid=9 i=0 tid=12 i=0 tid=11 i=1 tid=9 i=0 tid=10 i=0 tid=14 i=1 tid=10 実際の結果 i=0 tid=9 i=1 tid=9 i=2 tid=9 i=3 tid=9 i=4 tid=9 i=5 tid=9 i=6 tid=9 19 Copyright 2012 FUJITSU LIMITED

22 モニター synchronized (o) { 待合室オーナー部屋 1 Monitor Enter Monitor 2 Entered 3 待ちスレッドオーナースレッド Monitor Exit 1: Monitor Enter: 待合室に入るこの段階ではロックは取れていない 2: Monitor Entered: オーナー部屋に入るこの段階でロック獲得 3: Monitor Exit: 部屋から退出ロックを解放 21 Copyright 2012 FUJITSU LIMITED

23 フェアネスロック synchronize(d) はフェアネスロックではないフェアネスを期待する場合は java.util.concurrent.locks.reentrantlock lock = new ReentrantLock(true); // true: フェアネスの指定 public void run() { for (int i = 0 ; i < 100 ; i++) { try { lock.lock(); System.out.println( i=" + i + " tid=" + Thread.currentThread().getId()); } finally { lock.unlock(); } } 22 Copyright 2012 FUJITSU LIMITED

24 性能分析 System.out#println() による区間分析 long time1 = System.currentTimeMillis(); System.out.println( 区間 A 開始 : + threadid + : + time1); n = n+1; long time2 = System.currentTimeMillis(); System.out.println( 区間 A 終了 : + threadid + : + time2); 実行結果区間 A 開始 :9:11000 区間 A 開始 :8:11010 区間 A 終了 :8:11020 区間 A 開始 :7:20010 区間 A 終了 :7:20020 区間 A 終了 :9:21000 スレッド 9 だけ 10 秒かかっている System.out#pintln() 内でも synchronized の使用 23 Copyright 2012 FUJITSU LIMITED

25 性能分析 JVMTI の例 void JNICALL cbmethodenter(jvmtienv *env, ) { メソッド名の抽出 (*env)->rawmonitorenter( ); メソッド名のログ書き込み (*env)->rawmonitorexit( ); void JNICALL cbmethodenter(jvmtienv *env, ) { メソッド名の抽出 (*env)->getthreadlocalstorage(env, thread, &tls); tls へメソッド名の記録 24 Copyright 2012 FUJITSU LIMITED

ただし無作為にスレッドを複数実行すると結果不正やデッドロックが起きる可能性がある複数のスレッド ( マルチスレッド ) を安全に実行する ( スレッドセーフにする ) ためには同期処理を用いることが必要になる同期処理は予約語 synchronized で行うことができるここでは sy

ただし無作為にスレッドを複数実行すると結果不正やデッドロックが起きる可能性がある複数のスレッド ( マルチスレッド ) を安全に実行する ( スレッドセーフにする ) ためには同期処理を用いることが必要になる同期処理は予約語 synchronized で行うことができるここでは sy オブジェクト指向プログラミング演習 2010/10/27 演習課題スレッド ( その 2) 同期処理結果不正デッドロック前回のスレッドの演習では複数のスレッドを実行し一つのプログラムの中の違う処理を同時に実行したただし無作為にスレッドを複数実行すると結果不正やデッドロックが起きる可能性がある複数のスレッド ( マルチスレッド ) を安全に実行する ( スレッドセーフにする )