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 使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 项目中的核心 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。普通的类对象有对象头,因此这种对象可以用来做同步锁,可以使用它的 wait() notify() 等方法实现阻塞同步,同时这些对象需要在堆上面分配,通过 JVM GC 进行内存回收。并且这种对象的数组,只有数组本身是内存连续的,上面引用的对象并不是:
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。这样减少了这种对象占用的空间,但是也让这种对象无法使用对象的 sychronization 同步,同时也失去了 对于wait() notify()这些方法的支持。同时这种对象期望是可以直接在栈上直接分配的,不用像普通对象一样需要在堆上分配,和原始类型例如 int 一样。同时这种对象的数组,期望在内存中数组的每个对象内存都是连续的:
这样也节省了指针的存储空间。
但是这些目前还是在设计实现中,并不是最终的实现模型,但是可以看出其中的趋势。
为了能使 Project Valhalla 最终落地实现,我们先要对 JDK 的一些元素做兼容。
JDK 中的哪些类和值类型相关首先,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。原始类型是可以也是需要改造成 Java 值类型的,但是需要避免项目中使用了 Integer 对象的 wait() notify(), notifyAll() 方法,或者将这个作为 synchronization 的对象。
然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(当前类.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);然后还有在 Java 11 的官方文档中提出的 Value-based Classes,参考:Java
11 Value-based Classes,Java 11 中的定义是:像是 java.util.Optional 和 java.time.LocalDateTime 这种类就是 Value-based Classes,这种类的实例:
本身是不可变的,虽然内部的值引用指向的是一个可变对象
实现了 equals,hashCode 和 toString 方法,并且基于它包含的值实现,而不是基于他的 identity (例如对象基址)并且也不是基于其他对象的状态。
不会使用 identity-sensitive 的操作,例如通过 == 对比两个实例的相等,使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 对比对象相等,而不是 ==
没有可访问的构造函数,而是通过工厂方法实例化,这些方法对返回的实例的 identity 不做任何保证,即这个返回对象的地址我们无法通过对于工厂方法的传参确定;
equals 相等的两个对象,需要有完全相同的行为
这种 Value-based Classes 其实就与 Java 值类型的特征非常一致。于是,从 Java 16 开始,将 Value-based Classes 的定义进行了扩展,并且对它们的使用进行了报警限制,提示未来这些类型,不再使用普通类实现,而是使用 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 的这一特性进行铺路,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/java/javase/17/docs/api/java.base/java/lang/doc-files/ValueBased.html ),将原始类型的封装类,例如 java.lang.Integer 也纳入了这一类的定义范畴。并在此基础上,增加两个说明:
1.非常不建议使用这一类的对象作为同步参数,例如 synchronize(obj),无法保证这个锁拥有者是谁以及是否是独占的。