日本Javaユーザーグループ JJUG ナイトセミナー 2 月 27 日(水) http://www.java-users.jp/?p=309 注：サンプルソースはあくまでも例であり、その修正例も完全なものではありません。

1. Javaはどのように動くのか
～スライドでわかるJVMの仕組み
伊藤 智博
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2. ここで示されている見解は私個人の
ものであり、所属会社の見解を反映
したものではありません
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3. 目次
• 自己紹介
• はじめに
• ヒープ
• スレッド
• メモリリーク
• ファイナライザ
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4. 自己紹介
• 名前：
– 伊藤 智博（いとう ちひろ）
• 勤務先：
– 日本オラクル株式会社
• 仕事で使う製品：
– Coherence, Java EE/SE/ME, JVM, Database
• 連載：
– Javaはどのように動くのか～図解でわかるJVMの仕組み
– http://gihyo.jp/dev/serial/01/jvm-arc
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5. はじめに
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6. JVMって何なの？
• Java仮想マシン（JVM）
– Javaバイトコードを実行するスタック型の仮想マシン
– APIやツールのセットでJava実行環境（JRE）
– この環境を移植することで、様々な環境でJavaを実行できる
• JDK(Java開発キット)
– プライベートJREや開発ツールで構成されている
– サンプルソースが含まれている wikipediaより抜粋
JDK
JRE
開発 実行
ツール 環境 6

7. JVMにはどんなのがあるの？
• Hotspot
– 旧Sunが開発を行っていたJVM
– 一般的にJVMと言ったらこれ。
• JRockit
– 旧BEAが開発を行っていたJVM
– サーバ用にいろいろされている。
• ほかにもいろいろな会社さんがリリースしてます
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8. 開発から実行まで
• 開発者がソースコードを書く
• javacでコンパイルして、クラスファイルを生成
• クラスファイルをロードする
• ネイティブコードを生成＆実行
java
クラス ネイティブ
ソース コンパイル コード
コード ファイル ロード
javac 変換
JVM
コーディング 実行
開発者 8

9. 主なメモリ空間
• スレッドスタック JVM
– スレッドの情報が入る メモリ空間
• Cヒープ スレッド
Cヒープ
Java
スタック ヒープ
– JVMがいろいろ使う
• Javaヒープ
– アプリがいろいろ使う
Java JVMと選択したGCに
ヒープ よって形が変わる
若い世代 古い世代 古い世代
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10. 連載ではこんなふうに例えています
• OSのメモリ空間は『地面』
• OSからJVMに割り当てられるメモリ空間が『敷地』
• Javaヒープが『建物』
• Javaヒープ以外のメモリ空間が『庭』
Javaヒープ
Javaヒープ以外
庭 建物
JVMのメモリ空間 OSのメモリ空間
JVM
メモリ空間
スレッド Java
Cヒープ 10
スタック ヒープ

11. 実際の大きさを測るには
• 敷地のサイズは今や無限のようなもの
• 処理によっては庭がガンガン大きくなっていくことも
• 建物は固定サイズおすすめ
建物サイズ（抜粋）
庭サイズ
jstat -gccapacity 5908
庭＝敷地-建物 NGC OGC PGC
43072.0 86144.0 21248.0
庭 建物
敷地サイズ（抜粋）
ps u –P 5908
VSZ
116472 11

12. ヒープ
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13. 巨大オブジェクトのサンプルソース
• 25,000,000個のint配列を作成し、最後にHelloを出力します
– （4byte*25M個の配列=約100Mbyte）
Create100mObject.java
public class Create100mObject {
public static void main(String[] args) {
int[] a = new int[25000000];
System.out.println("Hello.");
}
} 13

14. オブジェクトを作成してみよう(1)
• 実行してみると、
• 約100Mbyteの配列が作成され、Helloが出力されました。
>java Create100mObject
Hello.
new アプリの処理スレッドはnew
によって建物にオブジェクト
庭 建物 を生成します。
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15. オブジェクトを作成してみよう(2)
• ヒープのサイズを64MBにして実行してみます。
>java Create100mObject -Xmx64m –Xms64m
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
at Create100mObject.main(Create100mObject.java:3)
エラー発生！！
new 建物に入りきらないオブジェクト
建物 は格納できず、OOMEが発生し
ます。
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16. スレッド
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17. スレッド
• JVMはメモリの他にスレッドというものも持っています
• スレッドには処理が定義されていてそれを実行します。
私はアプリを動 僕はGCします
かします
庭 建物 敷地には何人かの人が居ます。
この人達は、それぞれ何かし
らの役割を持っています。
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18. スレッドダンプ
• Jstackによるスレッドダンプを取得
>jstack 10104
2013-02-22 18:13:51
Full thread dump Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (23.7-b01 mixed mode):
"Service Thread" daemon prio=6 tid=0x000000000bb4f800 nid=0x2aa4 runnable [0x0000000000000000]
java.lang.Thread.State: RUNNABLE
"C2 CompilerThread1" daemon prio=10 tid=0x000000000bb4a800 nid=0x208c waiting on condition [0x0000000000000000]
java.lang.Thread.State: RUNNABLE
"C2 CompilerThread0" daemon prio=10 tid=0x000000000bb36800 nid=0x1e3c waiting on condition [0x0000000000000000]
java.lang.Thread.State: RUNNABLE
"Attach Listener" daemon prio=10 tid=0x000000000bb36000 nid=0xe58 waiting on condition [0x0000000000000000]
java.lang.Thread.State: RUNNABLE
"Signal Dispatcher" daemon prio=10 tid=0x000000000bb2f000 nid=0x2210 runnable [0x0000000000000000]
java.lang.Thread.State: RUNNABLE
"Finalizer" daemon prio=8 tid=0x00000000024ac800 nid=0x1fbc in Object.wait() [0x000000000ccce000]
java.lang.Thread.State: WAITING (on object monitor)
at java.lang.Object.wait(Native Method)
- waiting on <0x00000007d5eb5798> (a java.lang.ref.ReferenceQueue$Lock)
at java.lang.ref.ReferenceQueue.remove(ReferenceQueue.java:135)
- locked <0x00000007d5eb5798> (a java.lang.ref.ReferenceQueue$Lock)
at java.lang.ref.ReferenceQueue.remove(ReferenceQueue.java:151)
at java.lang.ref.Finalizer$FinalizerThread.run(Finalizer.java:177)
"Reference Handler" daemon prio=10 tid=0x00000000024a4800 nid=0x1f90 in Object.wait() [0x000000000cddf000]
java.lang.Thread.State: WAITING (on object monitor)
at java.lang.Object.wait(Native Method)
- waiting on <0x00000007d5eb5320> (a java.lang.ref.Reference$Lock)
at java.lang.Object.wait(Object.java:503)
at java.lang.ref.Reference$ReferenceHandler.run(Reference.java:133)
- locked <0x00000007d5eb5320> (a java.lang.ref.Reference$Lock)
"main" prio=6 tid=0x000000000256e000 nid=0x2888 waiting on condition [0x00000000028df000]
java.lang.Thread.State: TIMED_WAITING (sleeping)
at java.lang.Thread.sleep(Native Method)
at ThreadSleep.main(ThreadSleep.java:9)
"VM Thread" prio=10 tid=0x000000000ba92000 nid=0x1e98 runnable
"GC task thread#0 (ParallelGC)" prio=6 tid=0x00000000023f4000 nid=0x2a6c runnable
"GC task thread#1 (ParallelGC)" prio=6 tid=0x00000000023f5800 nid=0x2204 runnable
"VM Periodic Task Thread" prio=10 tid=0x000000000bb60800 nid=0x2738 waiting on condition
JNI global references: 110
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19. スレッドダンプ（抜粋）
• コンパイラスレッドが2つ "C2 CompilerThreadn”
• ファイナライザスレッドが1つ ”Finalizer”
• アプリを実行するスレッドが1つ ”main”
• GCスレッドが2つ ”GC task thread#n (ParallelGC)”
>jstack 10104
"C2 CompilerThread1” java.lang.Thread.State: RUNNABLE
コンパイラ "C2 CompilerThread0” java.lang.Thread.State: RUNNABLE
ファイナライザ "Finalizer” java.lang.Thread.State: WAITING (on object monitor)
アプリ "main” java.lang.Thread.State: TIMED_WAITING (sleeping)
"GC task thread#0 (ParallelGC)“ runnable
GC "GC task thread#1 (ParallelGC)“ runnable
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20. メモリリーク
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21. メモリリークとは？
• オブジェクトが必要無いのに参照されてしまい、
GCされても削除されずに残ってしまうこと。
不要になったオブジェクト
参照されてるからあ
参照 GC のオブジェクトは消
必要無いのに参照が
残ってしまい、オブジェク
建物 せないなぁ
トがGC対象にならない
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22. メモリリークはダメなのか？
• メモリリークが起きるとどうなるのか？
– ヒープを圧迫する
– プログラムが想定外の動きをすることも（＝バグ）
使える領域が狭い アプリが使える領域
気がするけど、な
ぜ？ 不要なのに参照が
残っているオブジェ
建物 クトがヒープを圧迫
頻繁に働いてる気
がする･･･ 不要なオブジェクト
GC 22

23. インターフェース Map<K,V>
• V put(K key, V value)
– 概要
• 指定された値と指定されたキーをこのマップに関連付けます
(任意のオペレーション)。マップにすでにこのキーに対する
マッピングがある場合、古い値は指定された値に置き換えられ
ます。m.containsKey(k) が true を返す場合に限り、マッ
プ m は、キー k のマッピングを含むと言えます。
– パラメータ：
• key : 指定された値が関連付けられるキー
• value : 指定されたキーに関連付けられる値
– 戻り値：
• key に以前に関連付けられていた値。key のマッピングが存在
しなかった場合は null。
Java 7では日本語が無かったので6から抜粋 23
http://docs.oracle.com/javase/jp/6/api/java/util/Map.html#put(K, V)

24. Map put(K,V)のイメージ
HashMapオブジェクト
put( key, value )
valueの値を格納
keyの値によって
格納場所が決まる 24

25. メモリリークのサンプルソース(1)
• Mapのキーとなるクラス
• フィールド i が同じオブジェクトは同じキーとしたい
MemLeak.java
public class MemLeak {
int i;
public MemLeak(int i){
this.i = i;
}
}
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26. メモリリークのサンプルソース(2)
• 部分でputしたオブジェクトを 部分でどんどん上書き
• 最後にMapクラスの c に入っているデータの数を出力
MemLeak.java（メイン処理部分）
public static void main(String[] args) {
Map<MemLeak,Object> c = new HashMap();
c.put(new MemLeak( 1 ),new Object());
for(int i = 0 ; i < 100; i++){
c.put(new MemLeak( 1 ),new Object());
}
System.out.println(c.size());
} 26

27. 問題
• このmainメソッドを実行すると何が出力されるでしょ
うか？
• A. 1が出力される
• B. 100が出力される
• C. 101が出力される
• D. 実行時エラーになる
• E. その他
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28. メモリリークを起こしてみよう
>java MemLeak
101
• 正解は、Cの101
• 今回の問題は、同値の判定を行っていないため。
• hashCode()とequals(Object)を修正します
28

29. メモリリークの修正例
MemLeak.java（一部抜粋）
@Override
public int hashCode(){
return this.i;
}
@Override
public boolean equals(Object o){
MemLeak a = (MemLeak)o;
return (this.i == a.i);
}
>java MemLeak
1 29

30. ファイナライザ
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31. ファイナライザとは？
• 全参照が削除されたオブジェクトは次回のGCで削除
• GCの前にfinalize()が実行されます。
– 基本的にfinalize()は何も処理は行われません
• finalize()が実行されたオブジェクトはGCで回収
②
ファイナライザ もう要らないので
finalize()メソッドを
① finalize()
実行します
参照を削除
③
建物 finalize()された
ので回収します 31

32. ファイナライザのサンプルソース(1)
• finalize()の中で処理を1秒間止めます
Fin.java
public class Fin{
public void finalize() {
try {
Thread.currentThread().sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
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}

33. ファイナライザのサンプルソース(2)
• Finクラスのオブジェクトを大量に生成します
Fin.java（メイン処理部分）
public static void main(String[] args) {
for (;;) {
new Fin();
}
}
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34. 実行してみよう
• Finオブジェクトを大量に生成
• FinオブジェクトはGC前にfinalize()でスレッドが1秒間停止
• すると・・・
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35. ファイナライザが終わらないとこうなる
>java Fin -Xmx64m –Xms64m
Exception: java.lang.OutOfMemoryError thrown from the
UncaughtExceptionHandler in thread "main"
ヒープに空きが無い 不要なオブジェクト
からオブジェクトが ファイナライザが終
作れない･･･ わらないから回収
できないなぁ
finalize()が終わ
らない･･･ 建物
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36. まとめ
• 動きを知ると問題が起きても解決が早くなります
• 特定のJVM固有の知識も必要だが、
種類に問われない汎用的な知識も必要
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