Guide to GraalVM (JJUG CCC 2019 Fall)
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2019/11/23 JJUG CCC 2019 Fall 「多言語対応の仮想マシンGraalVMが照らす未来」のセッションスライドです。 --- オラクル社からGraalVMというOSSプロダクトが発表され、話題を呼んでいます。GraalVMは、Javaで書かれたJITコンパイラ、Graalを搭載しています。さらに、言語実装用のフレームワークTruffleを提供しており、そのフレームワークを使って実装したJavaScriptやRuby、Pythonなど他の言語を、GraalVMは高いパフォーマンス実行できます。GraalVMを多言語対応の仮想マシンと呼ぶ理由です。加えて、それらすべての言語間で、相互に呼び出しができます。また、ネイティブイメージを作成し、JVMを利用せずにアプリケーションを実行できます。MicronautやQuarkus、Helidonといった最新のフレームワークが、この機能を利用して起動時間の短縮を図っています。ともすれば、GraalVMとは、ネイティブイメージを作成するためのものである、というイメージを持たれている方もいるかもしれません。しかし、GraalVMが持つパワーは、それだけではありません。このセッションでは、上述のGraalVMの概要の説明やデモに加え、単にGraalVMの使い方に留まらず、GraalVMによって今後何が実現されるのか、世界でのGraalVMの活用事例、Java on iOSとの関連、といったことお話しします。
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- 1. 2019年11月25日 阪田 浩一 / ヤフー株式会社 多言語対応の仮想マシン GraalVMが照らす未来 #ccc_i6
- 2. 自己紹介 2 • 阪田 浩一 (@jyukutyo) • ヤフー株式会社 大阪拠点所属 • 第9代黒帯〜プログラミング言語(Java)〜 • JVMがとてつもなく好き • 関西Javaエンジニアの会 代表&創設者
- 4. Oracle Code OneにおけるGraalVM 4 • セッション数が激増 • 2017: 4 • 2019: 37 • 内容はさまざま (機能については後述) • GraalVMそのもの • フレームワークでのネイティブイメージ活用 • Polyglot関連
- 11. 従来のJVMで実行できる言語 11 • Java • JVM用に新たに作成したもの • Scala, Kotlin, Groovyなど • 他言語をJVM上に実装したもの • JRubyなど • など多数
- 12. 現在GraalVMで実行できる言語 12 • JVMで実行できる言語すべて • JavaScript • Ruby • Python • R
- 14. + α 機能の1つ 14 • Truffle: 言語実装用のライブラリ • このライブラリを用いて実装した言語は、 すべてGraalVM上で実行できる • トラフル (英)、トリュフ (仏)
- 15. Truffleで実装した言語 15 • GraalJS (JavaScript) • ECMAScript 2019 仕様互換、Node.js v12.10.0 • TruffleRuby (Ruby, Experimental) • Ruby 2.6.2 ベ ー ス • GraalPython (Python , Experimental) • Python3.7 互換 • FastR (R , Experimental) • GNU R 3.6.1 互換
- 18. GraalVMの2つのエディション 18 • Community Edition (CE) • OSS (クラスパス例外付き GPL v2) • https://github.com/oracle/graal • Enterprise Edition (EE) • ライセンス契約が必要 (評価は無償) • CEよりパフォーマンスがよい • CEよりセキュリティを強化している
- 31. GraalVMとHotSpot VMの違い 31 HotSpot VM Compiler Interface C2C1 HotSpot VM C++ GraalVM Compiler Interface GraalVM JITコンパイラC1 HotSpot VM JVMCI Java
- 32. GraalVM JITコンパイラ 32 • JVMCI (JVM Compiler Interface) を用いて 作成した新JITコンパイラ • 以前は単にGraalと言われていた • Javaで書かれている
- 37. Twitter社の事例 37 • OpenJDKベースの独自JDKに、GraalVM JITコ ンパイラをバックポート • 2年前2017年には、すでに本番環境で活用 • 数千台のサーバ、Scalaアプリケーション • サーバリソースを削減し、台数削減 • 大きなコスト削減になった
- 38. GraalVM JITコンパイラ 38 • Truffleで実装した言語は、 GraalVM JITコンパイラでの動作を 前提とする
- 39. GraalVMで動作する言語 39 HotSpot VM JVMCI GraalVM JITコンパイラ JVM⾔語 Truffle LLVMJS R Python C C++ Fortran Ruby Java, Kotlin, Scala, JRubyなど
- 42. ゴールドマン・サックス社の事例 42 • 1990年代初め、独自に言語を開発 • 現在までコードが増え続ける • 言語自体の運用開発が課題に
- 43. ゴールドマン・サックス社の事例 43 • その言語をTruffleベースに移行 • 他言語との相互呼び出しが可能に • 言語実装のメンテナンス性が向上した • 実行パフォーマンスが向上した • 事例発表動画 • Oracle Code One 2018: https://www.youtube.com/watch?v=MUECwHdr07Q
- 45. 言語実装サンプル 45 • GraalVMのリポジトリ内 • SimpleLanguage • https://github.com/graalvm/simplelanguage • Simpleとあるけれど、簡単ではない
- 46. 私もやってみました 46 • https://github.com/jyukutyo/JVM-Math-Language • Devoxx US 2017で、Olegさんのセッションを 聴いたことが、すべてのきっかけ！！ • How to create a new JVM language by Oleg Šelajev • https://www.youtube.com/watch?v=8Lt8au76emA
- 47. ここまでの内容 47 • GraalVM • GraalVM JITコンパイラ • Truffle: 言語実装用ライブラリ • パフォーマンスを犠牲にせず 言語間の抽象化をする
- 49. GraalVMのネイティブイメージ生成 49 • ネイティブイメージ (実行可能なバイナリ) を生成する機能 • 生成したイメージ (ファイル) をそのまま 実行する • つまり、起動にJVM (JDK/JRE) が不要
- 52. Oracle Database 52 • ユーザ定義関数をJavaで作成できる しかし、 • GraalVMの機能を組み込めば、Javaは もちろん、他言語も使える • 更新は、GraalVM側に任せられる
- 54. Oracle Databaseへ組み込むには 54 • JVMが課題 • サイズが大きい • 初期化処理が長い • メモリ使用量が大きい • そのままでは、データベースでの 利用はできない
- 56. ネイティブイメージにすると 56 • JVMが不要 • サイズが小さく済む • 起動時間が短くなる • メモリ使用量が少なくなる • ただし、同じプラットフォームでしか 動作しない
- 57. Oracle Database MLE 57 • MLE: Multilingal Engine • https://www.oracle.com/technetwork/database/multilingual- engine/overview/index.html • MySQLでもMLE Pluginを開発中 select validator.isEmail('alice@example.com’) from dual;
- 60. ネイティブイメージのメリットまとめ 60 • 起動時間が短くなる • メモリ使用量が少なくなる • サイズが小さくなる
- 62. Java on iOS 62
- 65. Java on iOS 65 • A plan to bring Java to iOS | InfoWorld • https://www.infoworld.com/article/3407781/a-plan-to-bring-java- to-ios.html • Java on iOS, for real. – Gluon • https://gluonhq.com/java-on-ios-for-real/ • rebooting OpenJDK mobile • https://mail.openjdk.java.net/pipermail/mobile-dev/2019- June/000584.html
- 69. ネイティブイメージが適切なケース 69 • FaaS • 起動してすぐに終了する • クラウドで実行する 大規模アプリケーション • リソースを節約し、コストを削減する • 頻繁にリリース（再起動）する アプリケーション • ≒ マイクロサービス
- 70. ネイティブイメージ対応フレームワーク 70 • Micronaut https://micronaut.io/ • Quarkus https://quarkus.io/ • Helidon https://helidon.io/ • Spring Framework (Boot)も対応作業中 (現在はExperimental) • https://github.com/spring-projects/spring-framework/wiki/GraalVM-native-image- support
- 73. + α 機能の1つ 73 • Substrate VM • ネイティブイメージの生成ツール、実行VM • 実行時、GCやスレッドのスケジューリング、 コードのキャッシュなどを実施 • 単にVMであって、JVMではない
- 77. 生成時の初期化 77 import java.util.Date; class InitializedDate { static final Date INITIALIZED_DATE = new Date(); } class InitializeSample { public static void main(String[] args) { System.out.println("INITIALIZED_DATE: " + InitializedDate.INITIALIZED_DATE); System.out.println("main: " + new Date()); } } 2つの日付は、異なる？？
- 78. 初期化タイミング 78 • アプリケーションのクラスは、 すべて実行時に初期化 • それ以外のクラスは、生成時初期化 • --initialize-at-build-time=[クラス名] • 生成時に初期化 • --initialize-at-run-time=[クラス名] • 実行時に初期化
- 79. 生成時初期化を指定すると… 79 import java.util.Date; class InitializedDate { static final Date INITIALIZED_DATE = new Date(); } class InitializeSample { public static void main(String[] args) { System.out.println("INITIALIZED_DATE: " + InitializedDate.INITIALIZED_DATE); System.out.println("main: " + new Date()); } } $ ./initializesample INITIALIZED_DATE: Wed Oct 23 15:05:19 JST 2019 main: Wed Oct 23 15:08:07 JST 2019
- 80. リフレクションやJNIのサポート 80 • 現在は利用可能に 1. 生成時の静的解析 • Class.getMethod(String, Class[]) など 2. 設定ファイルに明示的に記述 • 参考: Tracing Agent
- 81. リフレクション利用設定 81 [ { "name" : "java.lang.String", "fields" : [ { "name" : "value", "allowWrite" : true } ], "methods" : [ { "name" : "format", "parameterTypes" : ["java.lang.String", "java.lang.Object[]"] } ] } ]
- 83. ネイティブイメージの現状 83 • Experimental • サポートプラットフォーム • x86 64ビットシステム • LinuxまたはmacOS
- 84. GraalVMのリリースロードマップ 84 • 3ヶ月ごと、年4回のリリース • 2019/11 – GraalVM 19.3 • 2020/02 – 20.0 • 2020/05 – 20.1 • 2020/08 – 20.2 • 2020/11 – 20.3
- 86. GraalVMのリリースロードマップ 86 • 年間最後のリリースは、LTS • 2019/11 – 19.3 • 2020/11 – 20.3 • 次の1年間、アップデートを提供 • 19.3は、2020年末まで • 20.3は、2021年末まで • CEのケースであり、EEは別となる
- 89. まとめ GraalVMとは 89 • Javaの未来に関わる、キープロダクトの1つ！ • GraalVM JITコンパイラ • Truffle • 言語実装用ライブラリ • SubstrateVM • ネイティブイメージ用ツール
- 90. GraalVMの2つのモード 90 • JITモード • JVMとGraalVM JITコンパイラで アプリケーションを実行 • AOTモード • ネイティブイメージを生成し、JVMなしで アプリケーションを実行 • どちらのモードのことなのか、意識する
- 91. GraalVMのサンプル事例 91 • GraalVM JITコンパイラ単体で、 ピーク時のパフォーマンスを向上させる • Truffleで、複数言語を活用した アプリケーションを構築 • SubstrateVMで、ネイティブイメージを 生成し、起動時間短縮とリソース消費削減