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关于java:JEP解读与尝鲜系列4-Java-16-中对于-Project-Valhalla-的铺垫

jiezi

这是 JEP 解读与尝鲜系列的第 4 篇，之前的文章如下：

  • [JEP 解读与尝鲜系列 1 – Java Valhalla 与 Java Inline class]()
  • [JEP 解读与尝鲜系列 2 – JEP 142 缓存行填充简化]()
  • [JEP 解读与尝鲜系列 3 – Project Loom 应用虚线程进行同步网络 IO 不阻塞的底层原理]()

在系列之前的第一篇文章 – JEP 解读与尝鲜系列 1 – Java Valhalla 与 Java Inline class 中，我介绍了 Project Valhalla 我的项目中的外围 Java Inline Class，总结起来其实就是 Java 中的 值类型。Java 中目前只有类对象，没有值类型的对象。一般的类对象有对象头，因而这种对象能够用来做同步锁，能够应用它的 wait() notify() 等办法实现阻塞同步，同时这些对象须要在堆下面调配，通过 JVM GC 进行内存回收。并且这种对象的数组，只有数组自身是内存间断的，下面援用的对象并不是：

Project Valhalla 提出并设计实现了 Java 的值类型，去掉了对象头，只存储它其中的值。这样 缩小了这种对象占用的空间 ，然而也让 这种对象无奈应用对象的 sychronization 同步 ，同时也失去了 对于wait() notify() 这些办法的反对。同时这种对象冀望是能够间接在栈上间接调配的，不必像一般对象一样须要在堆上调配，和原始类型例如 int 一样。同时这种对象的数组，冀望在内存中数组的每个对象内存都是间断的：

这样也 节俭了指针的存储空间。

然而这些目前还是在设计实现中，并不是最终的实现模型，然而能够看出其中的趋势。

为了能使 Project Valhalla 最终落地实现，咱们先要对 JDK 的一些元素做兼容。

JDK 中的哪些类和值类型相干

首先，最先想到的就是 Java 的原始类型对应的封装类型，例如 java.lang.Integer。原始类型是能够也是须要革新成 Java 值类型的，然而须要防止我的项目中应用了 Integer 对象的 wait() notify(), notifyAll() 办法，或者将这个作为 synchronization 的对象。

而后想到的就是原子类，例如 java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger。其实在 Java 9 之后的 JMM 模型中实现了更细粒度的访问控制，例如：

private int locked = 0;
private static final VarHandle LOCKED;
// 操作 locked 的句柄
static {
    try {
        // 初始化句柄
        LOCKED = MethodHandles.lookup().findVarHandle(以后类.class, "locked", int.class);
    } catch (Exception e) {throw new Error(e);
    }
}

// 原子操作
LOCKED.compareAndSet(this, 1, 0);
LOCKED.weakCompareAndSet(this, 1, 0);
LOCKED.weakCompareAndSetAcquire(this, 1, 0);
LOCKED.weakCompareAndSetPlain(this, 1, 0);
LOCKED.weakCompareAndSetRelease(this, 1, 0);

而后还有在 Java 11 的官网文档中提出的 Value-based Classes，参考：[Java
11 Value-based Classes](https://docs.oracle.com/en/ja…)，Java 11 中的定义是：像是 java.util.Optional 和 java.time.LocalDateTime 这品种就是 Value-based Classes，这品种的实例：

  • 自身是不可变的，尽管外部的值援用指向的是一个可变对象
  • 实现了 equals，hashCode 和 toString 办法，并且基于它蕴含的值实现，而不是基于他的 identity（例如对象基址）并且也不是基于其余对象的状态。
  • 不会应用 identity-sensitive 的操作，例如通过 == 比照两个实例的相等，应用默认的基于对象基址的 hashcode 实现（例如调用 System.identityHashCode(对象)），以及作为 synchronization 的对象
  • 只通过 equals 比照对象相等，而不是 ==
  • 没有可拜访的构造函数，而是通过工厂办法实例化，这些办法对返回的实例的 identity 不做任何保障，即这个返回对象的地址咱们无奈通过对于工厂办法的传参确定;
  • equals 相等的两个对象，须要有完全相同的行为

这种 Value-based Classes 其实就与 Java 值类型的特色十分统一。于是，从 Java 16 开始，将 Value-based Classes 的定义进行了扩大，并且对它们的应用进行了报警限度，提醒将来这些类型，不再应用一般类实现，而是应用 Project Valhalla 的 Java 值类型实现。

JEP 390: Warnings for Value-Based Classes

在 Java 16 中，为了给 Project Valhalla 的这一个性进行铺路，引入了一个 JEP：JEP 390: Warnings for Value-Based Classes

在最新的 Value-based Classes 的定义中（参考：https://docs.oracle.com/en/ja…），将原始类型的封装类，例如 java.lang.Integer 也纳入了这一类的定义领域。并在此基础上，减少两个阐明：

1. 十分不倡议应用这一类的对象作为同步参数，例如 synchronize(obj)，无奈保障这个锁拥有者是谁以及是否是独占的。

这个问题倒不是因为当前要换值类型无奈同步导致的，而是容易犯这种编程失误：

Integer i = 1;

for (int j = 0; j < 10; j++) {synchronized(i) {i++; // 下次循环就变成另一个对象了，没有真正依照预期锁住}
}

2. 应用 identity 相干的操作可能将来会发生变化，所以不倡议应用，例如：

  • 调用 System.identityHashCode(对象) 获取基于对象在堆内存地址实现的哈希码，如果 Value-based Classes 变成值类型，值类型确定在栈上调配后，这个办法目前的机制就会有问题。
  • 调用 synchronize(obj) 同步对象，如果 Value-based Classes 变成值类型，没有一般对象的对象头，那么无奈应用失常的锁收缩同步机制，同时分量锁 mutex 因为可能值类型对象没有堆上地位也无奈应用现有的机制实现。
  • 调用对象的 wait()，notify()，notifyAll()，因为上一条同样的影响，这些办法调用可能在将来版本带来异样。

在 Java 16 之后，如果有这些用法，就会在编译阶段有报警揭示：

Integer integer = 1;
synchronized (integer) {}

编译阶段会提醒 Attempt to synchronize on an instance of a value-based class ，如果想敞开能够减少编译参数 -Xlint:synchronization

如果想在运行阶段针对这种应用有提醒或者谬误，能够通过增加如下启动参数实现：

  • -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:DiagnoseSyncOnValueBasedClasses=1：加上这个，程序遇到这种应用，会抛出 FATAL ERROR，同时退出 JVM
  • -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:DiagnoseSyncOnValueBasedClasses=2：加上这个，程序遇到这种应用，会有日志提醒：
[0.152s][info][valuebasedclasses] Synchronizing on object 0x000000069aed7788 of klass java.lang.Integer
[0.152s][info][valuebasedclasses]     at com.github.hashjang.shenandoah.Main.main(Main.java:8)
[0.152s][info][valuebasedclasses]     - locked <0x000000069aed7788> (a java.lang.Integer)

同样的，因为原始类型包装类曾经属于 Value-based Class，所以就不应该应用它的结构器而是应用 valueOf() 代替了，为了给大家批改的工夫，目前仅仅是将结构器标记为 Deprecate for Removal：

@Deprecated(since="9", forRemoval = true)
public Integer(int value) {this.value = value;}

如果有应用会提醒 'Integer(int)' is deprecated and marked for removal。

目前 JDK 中的将来可能会用值类型代替的 Value-based Classes

目前 JDK 中的 Value-based Classes 都带有 jdk.internal.ValueBased 注解，或者他们的实现接口，父类带有这个注解，包含：

  • java.lang 包：

    • 原始类型的封装类，例如 java.lang.Integer
    • java.lang.Runtime.Version 类
    • 操作系统过程的句柄 java.lang.ProcessHandle 和他的实现类 java.lang.ProcessHandleImpl
  • java.time 包下的一些工夫封装类

  • java.util 包：

    • Optional 相干，例如：java.util.Optional, java.util.OptionalInt, java.util.OptionalLong, java.util.OptionalDouble
    • 所有不可变汇合以及底层实现的不可变元素，例如：Set.of 的返回 java.util.ImmutableCollections.AbstractImmutableSet

一点趣事儿

Java 16 的 Record 还让我闹了个笑话，我认为这个是 Project Valhala 的 Inline Object 曾经实现了，还去 StackOverflow 问，这个 Record 为啥能有 wait() 办法，并且能够进行 synchronized 同步（因为如果是 Project Valhala 的 Inline Object 的话是没有一般类的对象头的，没法用一般类对象的办法实现同步），后果。。。。。最初还是 Goetz 大佬一眼就看出我是误会了：

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