GraalVMで使われている、他言語をJVM上に実装する仕組みを学ぼう
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2019-02-27（水）【東京】 JJUGナイトセミナー「JVM言語を作ろう！ GraalVMで遊ぼう！」のセッション資料です。 阪田 浩一 (@jyukutyo): ポノス株式会社 / 関西Javaエンジニアの会 / Javaチャンピオン オラクル社からGraalVMというものが発表され、話題を呼んでいます。GraalVMは、HotSpot VM上に新しいJITコンパイラGraalと、言語実装用フレームワーク/ASTインタプリタであるTruffle、ネイティブイメージ作成機能とその実行に使われるSubstrateVMを併せ持ったものです。すでに、Truffleを使用したJavaScriptやRuby、R、Pythonの実装がGraalVMにあり、これらの言語とJavaは、コードから"相互に"呼び出しができます。独自の言語も、ASTにさえできれば、Truffleを使い、JVM上で実行できるよう実装できます。私も、簡単な四則演算の言語を、Truffleを使って実装したことがあります。Truffleは、Graal上で動作するものです。Graalには、こうして複数の言語を相互運用する際に、高いパフォーマンスを出せるよう、機能が実装されています。 このセッションでは、TruffleとGraalの概要と、言語を実行する際に、この2つがどのような働きをするか、を主に解説します。私もTruffleを使って、言語を実装してみようかな、と思っていただくことがゴールのセッションです。
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- 2. About Me • 阪田 浩一 @jyukutyo • 関西Javaエンジニアの会 会長 • Javaチャンピオン • ポノス株式会社（京都） • JVMになりたい人
- 6. GraalVM = HotSpotVM + α
- 7. Custom Part in GraalVM • Graal – JIT Compiler • Truffle – Language Implementation Framework • SubstrateVM – Runtime Library andTools for Java AOT Compiled Code
- 10. GraalVM ≠ Graal
- 11. Top 10ThingsTo DoWith GraalVM 1. High-performance modern Java 2. Low-footprint, fast-startup Java 3. Combine JavaScript, Java, Ruby, and R 4. Run native languages on the JVM 5. Tools that work across all languages 6. Extend a JVM-based application 7. Extend a native application 8. Java code as a native library 9. Polyglot in the database 10. Create your own language
- 13. Top 10ThingsTo DoWith GraalVM 1. High-performance modern Java 2. Low-footprint, fast-startup Java 3. Combine JavaScript, Java, Ruby, and R 4. Run native languages on the JVM 5. Tools that work across all languages 6. Extend a JVM-based application 7. Extend a native application 8. Java code as a native library 9. Polyglot in the database 10. Create your own language
- 14. Polyglot HotSpotVM JVMCI Graal JVM lang Truffle LLVMJS R Ruby C C++ Fortran
- 15. Polyglot HotSpotVM JVMCI Graal JVM lang Truffle LLVMJS R Ruby C C++ Fortran Interpreter
- 16. Truffleでの言語実装 • TruffleRuby (Ruby) – https://github.com/graalvm/truffleruby • FastR (GNU R) – https://github.com/graalvm/fastr • Graal.js (JavaScript) – ECMAScript 2018/Node.js 10.15.0 – https://github.com/graalvm/graaljs • SimpleLanguage (学習用) – https://github.com/graalvm/simplelanguage
- 17. ということは…！
- 21. Truffle • Language Implementation Framework – A library for building programming language implementations as interpreters for AST
- 23. サンプルとして 四則演算を考える
- 24. AST * 3 1 2 +(1 + 2) * 3
- 26. プログラムの解析 (1 + 2) * 3 ( 1 + 2 ) * 3 レキサー パーサー
- 27. サンプル (1 + 2) * 3 ( 1 + 2 ) * 3 テキスト トークン 構文木
- 28. ASTへ * 3 1 2 +
- 33. モジュール 入力 出力 レキサー （字句解析） テキスト （コード） トークン パーサー （構文解析） トークン 構文木 AST インタプリタ 構文木から作成した AST 実行結果 プログラムを実行するまで
- 34. モジュール 入力 出力 レキサー （字句解析） テキスト （コード） トークン パーサー （構文解析） トークン 構文木 AST インタプリタ 構文木から作成した AST 実行結果 プログラムを実行するまで今日の範囲外
- 36. モジュール ライブラリ レキサー ANTLR パーサー ANTLR ASTインタプリタ Truffle ライブラリの役割
- 38. 今日のソースコード • Truffle 1.0.0 RC12対応 – https://github.com/jyukutyo/JVM-Math-Language
- 39. Truffle • トラフル（トリュフ） • 言語実装用フレームワーク – ASTインタプリタ構築の基盤を提供する • Graalプロジェクトの一部 – Oracle Labs主導 – https://github.com/graalvm/graal/tree/master/truffle
- 40. Truffleでの言語実装 1. AST用ノードクラスを作成 2. Truffleの言語実装に必須のクラスを実装 3. （入出力などの実装）
- 42. 再度 四則演算
- 43. 四則演算でのノード • 数値ノード（子ノード：なし） – BigDecimal – Long（BigDecimalだけでもよいが、あえて） • 演算子ノード（子ノード：オペランド2つ） – Add（+） – Subtract（-） – Multiply（*） – Divide（/） • 括弧ノード "-1"といった 書き方はサポートしない
- 47. 演算子ノードのクラス図
- 48. Truffleのノードクラス • Truffle DSL APIを使う 1. 提供されるアノテーションを 実装コードに付与する 2. Truffleのアノテーションプロセッサが コードを生成する
- 52. 数値ノード @NodeInfo(shortName = "const") public class LongNode extends JvmMathLangNode { private final long value; public LongNode(long l) { this.value = l; } public long executeLong(VirtualFrame frame) { return this.value; } @Override public Object executeGeneric(VirtualFrame frame) { return this.value; } }
- 53. 加算ノード @NodeInfo(shortName = "+") public abstract class AddNode extends BinaryNode { @Specialization(rewriteOn = ArithmeticException.class) @TruffleBoundary protected long add(long left, long right) { return Math.addExact(left, right); } @Specialization @TruffleBoundary protected BigDecimal add(BigDecimal left, BigDecimal right) { return left.add(right); }
- 54. BinaryNode @NodeChildren({ @NodeChild("leftNode"), @NodeChild("righrNode") }) public abstract class BinaryNode extends JvmMathLangNode { }
- 57. 自動生成コードを 見ましょう
- 59. 言語を定める クラスを作る
- 64. 言語規定クラス @TruffleLanguage.Registration(id = "jvmmathlang", name = "JVM Math Language", version = "0.0.2") public class JvmMathLang extends TruffleLanguage<JvmMathLangContext> { @Override protected CallTarget parse(ParsingRequest r) throws Exception { JvmMathLangRootNode main = parseSource(r.getSource()); return Truffle.getRuntime().createCallTarget(main); }
- 69. メインクラス public class JvmMathLangMain { public static void main(String[] args) throws IOException { Context context = Context.create("jvmmathlang"); Object answer = runCode(context, [PROGRAM_FOR_RUN]); } private static Object runCode(Context context, String program) throws IOException { Source source = Source.newBuilder("jvmmathlang", program, "MATH").build(); Value value = context.eval(source); return value; } }
- 71. 実行 • TruffleのJARファイルを追加して、HotSpot VM上でも実行可能 – なお、Java 10から、Graalはデフォルトで 入っている（Experimental） • GraalVM上でも実行可能 – Truffle言語をGraalVMで動かす - きしだのHatena • http://nowokay.hatenablog.com/entry/20190104/1546620114
- 77. JavaScriptからRuby js>vararray= Polyglot.eval("ruby","[1,2,42,4]") js> array[2] 42 [GRAALVM_HOME]/bin/polyglot --shell --jvm https://www.sakatakoichi.com/entry/graalvmpolyglot
- 78. Chromeでのデバッグ
- 79. Graal &Truffle • Graalは言語実装そのものは知らない – Truffleを間に挟んでいる（JVM言語以外） • JITコンパイルでは（結果として） 複数言語にまたがったコンパイルができる
- 80. call call call many times
- 81. call call
- 82. 今日のソースコード • Truffle 1.0.0 RC12対応 – https://github.com/jyukutyo/JVM-Math-Language
- 84. ANTLRの書籍
- 85. 加算ノード @NodeInfo(shortName = "+") public abstract class AddNode extends BinaryNode { @Specialization @TruffleBoundary protected BigDecimalTruffleObject add(Object left, Object right) { BigDecimal l = left instanceof BigDecimalTruffleObject ? ((BigDecimalTruffleObject) left).getValue() : BigDecimal.valueOf((long) left); BigDecimal r = right instanceof BigDecimalTruffleObject ? ((BigDecimalTruffleObject) right).getValue() : BigDecimal.valueOf((long) right); return new BigDecimalTruffleObject(l.add(r)); } }