Вопрос в стиле головоломок с offline-конференций: Что выведет этот код при запуске?
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
public class Disturbed {
public static void main(String... args) {
AtomicInteger counter = new AtomicInteger(1);
System.out.println(
"First two positive numbers: " +
counter +
", " +
counter.incrementAndGet()
);
}
}
Помедитируйте немного над кодом и приходите за ответом под кат.
Вероятно, что увидев код многие воскликнули «Это же элементарно, Ватсон!»
Ответом, однако, будет фраза «Зависит от компилятора и параметров компиляции».
Код, скомпилированный JDK 8 и более ранними выдаст ожидаемое:
First two positive numbers: 1, 2
Однако при компиляции в JDK 9 и более новых мы внезапно получим ответ:
First two positive numbers: 2, 2
Всё изложенное в данной заметке проверялось на компиляторах из Oracle JDK/OpenJDK, в других реализациях могут быть другие баги.
Среди нововведений Java 9 был JEP 280, новый механизм конкатенации строк.
Традиционно, с самого начала времён, конкатенация строк транслировалась компилятором в создание экземпляра класса StringBuilder, серию вызовов StringBuilder::append() и преобразование результата в строку при помощи вызова StringBuilder::toString() в финале.
Так, например, конструкция System.out.println("Hello, " + name + "!"); превращалась в
System.out.println(
(new StringBuilder())
.append("Hello, ")
.append(name)
.append("!")
.toString()
);
При новом подходе все манипуляции с StringBuilder исчезают и заменяются одной инструкцией invokedynamic. В качестве bootstrap-метода при этом используется один из методов класса java.lang.invoke.StringConcatFactory.
Чистой Java это не передать, но javap -c -v покажет нам примерно такой байткод:
0: getstatic #23 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
3: aload_0
4: invokedynamic #27, 0 // InvokeDynamic #0:makeConcatWithConstants
Ljava/lang/StringLjava/lang/String;
9: invokevirtual #31 // Method java/io/PrintStream.printlnLjava/lang/StringV
...
LocalVariableTable:
Start Length Slot Name Signature
0 13 0 name Ljava/lang/String;
...
BootstrapMethods:
0: #50 REF_invokeStatic java/lang/invoke/StringConcatFactory.makeConcatWithConstantsLjava/lang/invoke/MethodHandles$Lookup;Ljava/lang/String;Ljava/lang/invoke/MethodType;Ljava/lang/String;[Ljava/lang/ObjectLjava/lang/invoke/CallSite;
Method arguments:
#56 Hello, \u0001!
Само собой, предполагалось, что изменение никак не повлияет на поведение пользовательского кода. Но не всегда и не всё можно предусмотреть. Java 9 была выпущена в 2017 году, а в сентябре этого года был зарегистрирован баг JDK-8273914.
Как обнаружилось, javac генерирует байткод, нарушающий JLS, пункт §15.7.1. Последний требует для бинарных операций чтобы левая часть выражения была полностью вычислена перед тем, как будет вычислена правая:
Сравним поведение на примере выражения из Кода Для Привлечения Внимания, предварявшего эту статью:
StringBuilder
// Создаём буфер для формирования результата конкатенации.
(new StringBuilder())
// Добавляем к результату строку "First two positive numbers: "
.append("First two positive numbers: ")
// Разыменовываем ссылку на объект counter и переводим его в
// строковое представление, неявно вызывая метод toString()
.append(counter)
// Добавляем к результату строку ", "
.append(", ")
// Увеличиваем значение счётчика на единицу и получаем новое значение как
// целое число. Полученное число переводим в строковое предствление
// и добавляем к результату.
.append(counter.incrementAndGet())
// Получаем содержимое буфера в виде строки.
.toString()
JEP 280
Это ассемблер, но не пугайтесь, дальше будет псевдокод.
// Помещаем ссылку на экземпляр счётчика на стек.
// Сейчас его внутреннее состояние хранит значение равное единице,
// но это ничего не значит.
aload_1;
// Разыменовываем ссылку на экземпляр счётчика и вызываем его метод incrementAndGet()
// Состояние счётчика меняется с 1 на 2, новое значение в виде целого числа
// типа int возвращается в качестве результата вызова и помещается на вершину
// стека.
aload_1;
invokevirtual Method java/util/concurrent/atomic/AtomicInteger.incrementAndGet:"()I";
// Ссылка на экземпляр счётчика и его последнее значение приходят в качестве
// параметров в метод, реализующий конкатенацию. Там они будут переведены в
// строковое представление и подставлены в строку-шаблон.
invokedynamic
InvokeDynamic REF_invokeStatic
:Method java/lang/invoke/StringConcatFactory.makeConcatWithConstants
:"(Ljava/lang/invoke/MethodHandles$Lookup;Ljava/lang/String;Ljava/lang/invoke/MethodType;Ljava/lang/String;[Ljava/lang/ObjectLjava/lang/invoke/CallSite;":makeConcatWithConstants
:"(Ljava/util/concurrent/atomic/AtomicInteger;I)Ljava/lang/String;"
{
// Строка-шаблон. Символами \u0001 обозначаются места, в которые будут
// подставлены значения из параметров.
String "First two positive numbers: \u0001, \u0001"
};
Процитированный выше фрагмент можно представить в виде такого псевдокода:
// Помещаем ссылку на экземпляр счётчика на стек.
// Сейчас его внутреннее состояние хранит значение равное единице,
// но это ничего не значит.
AtomicInteger temp1 = counter;
// Разыменовываем ссылку на экземпляр счётчика и вызываем его метод incrementAndGet()
// Состояние счётчика меняется с 1 на 2, новое значение в виде целого числа
// типа int возвращается в качестве результата вызова и помещается на вершину
// стека.
int temp2 = counter.incrementAndGet();
// Ссылка на экземпляр счётчика и его последнее значение приходят в качестве
// параметров в метод, реализующий конкатенацию. Там они будут переведены в
// строковое представление и подставлены в строку-шаблон.
String result = makeConcatWithConstants(
"First two positive numbers: \u0001, \u0001",
temp1,
temp2
);
...
System.out.println(result);
Другими словами, в метод makeConcatWithConstants() объект count придёт уже в изменённом состоянии и результат будет неверным. Мистерия раскрыта!
Добиться стабильной работы нашего КДПВ можно просто заменив в выражении counter на counter.get(), а в более общем случае — явно приведя к строковому представлению все значения ссылочных типов, встречающиеся в врыражении.
Если этот баг вызывает у вас серьёзное беспокойство, то вы можете временно откатиться на использование старого способа конкатенации строк.
Для это нужно при компиляции передать javac параметр -XDstringConcat=inline:
javac -XDstringConcat=inline Disturbed.java
Пишите хороший код, не пишите плохой и остерегайтесь побочных эффектов при конкатенации строк. Баги коварны и умеют ждать.
habr.com
import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
public class Disturbed {
public static void main(String... args) {
AtomicInteger counter = new AtomicInteger(1);
System.out.println(
"First two positive numbers: " +
counter +
", " +
counter.incrementAndGet()
);
}
}
Помедитируйте немного над кодом и приходите за ответом под кат.
Вероятно, что увидев код многие воскликнули «Это же элементарно, Ватсон!»
Ответом, однако, будет фраза «Зависит от компилятора и параметров компиляции».
Код, скомпилированный JDK 8 и более ранними выдаст ожидаемое:
First two positive numbers: 1, 2
Однако при компиляции в JDK 9 и более новых мы внезапно получим ответ:
First two positive numbers: 2, 2
Всё изложенное в данной заметке проверялось на компиляторах из Oracle JDK/OpenJDK, в других реализациях могут быть другие баги.
Предпосылки
Среди нововведений Java 9 был JEP 280, новый механизм конкатенации строк.
Целью было сделать возможной оптимизацию конкатенации строк без необходимости перекомпиляции программ из исходников. Обновил JDK — увеличил производительность. Магия!
Традиционно, с самого начала времён, конкатенация строк транслировалась компилятором в создание экземпляра класса StringBuilder, серию вызовов StringBuilder::append() и преобразование результата в строку при помощи вызова StringBuilder::toString() в финале.
Так, например, конструкция System.out.println("Hello, " + name + "!"); превращалась в
System.out.println(
(new StringBuilder())
.append("Hello, ")
.append(name)
.append("!")
.toString()
);
При новом подходе все манипуляции с StringBuilder исчезают и заменяются одной инструкцией invokedynamic. В качестве bootstrap-метода при этом используется один из методов класса java.lang.invoke.StringConcatFactory.
Чистой Java это не передать, но javap -c -v покажет нам примерно такой байткод:
0: getstatic #23 // Field java/lang/System.out:Ljava/io/PrintStream;
3: aload_0
4: invokedynamic #27, 0 // InvokeDynamic #0:makeConcatWithConstants
Ljava/lang/StringLjava/lang/String;9: invokevirtual #31 // Method java/io/PrintStream.println
Ljava/lang/StringV...
LocalVariableTable:
Start Length Slot Name Signature
0 13 0 name Ljava/lang/String;
...
BootstrapMethods:
0: #50 REF_invokeStatic java/lang/invoke/StringConcatFactory.makeConcatWithConstants
Ljava/lang/invoke/MethodHandles$Lookup;Ljava/lang/String;Ljava/lang/invoke/MethodType;Ljava/lang/String;[Ljava/lang/ObjectLjava/lang/invoke/CallSite;Method arguments:
#56 Hello, \u0001!
В чём проблема?
Само собой, предполагалось, что изменение никак не повлияет на поведение пользовательского кода. Но не всегда и не всё можно предусмотреть. Java 9 была выпущена в 2017 году, а в сентябре этого года был зарегистрирован баг JDK-8273914.
Как обнаружилось, javac генерирует байткод, нарушающий JLS, пункт §15.7.1. Последний требует для бинарных операций чтобы левая часть выражения была полностью вычислена перед тем, как будет вычислена правая:
Это требование без всяких ухищрений выполняется при использовании старого-доброго StringBuilder, но не всегда выполняется при использовании новой стратегии.
Сравним поведение на примере выражения из Кода Для Привлечения Внимания, предварявшего эту статью:
StringBuilder
// Создаём буфер для формирования результата конкатенации.
(new StringBuilder())
// Добавляем к результату строку "First two positive numbers: "
.append("First two positive numbers: ")
// Разыменовываем ссылку на объект counter и переводим его в
// строковое представление, неявно вызывая метод toString()
.append(counter)
// Добавляем к результату строку ", "
.append(", ")
// Увеличиваем значение счётчика на единицу и получаем новое значение как
// целое число. Полученное число переводим в строковое предствление
// и добавляем к результату.
.append(counter.incrementAndGet())
// Получаем содержимое буфера в виде строки.
.toString()
JEP 280
Это ассемблер, но не пугайтесь, дальше будет псевдокод.
// Помещаем ссылку на экземпляр счётчика на стек.
// Сейчас его внутреннее состояние хранит значение равное единице,
// но это ничего не значит.
aload_1;
// Разыменовываем ссылку на экземпляр счётчика и вызываем его метод incrementAndGet()
// Состояние счётчика меняется с 1 на 2, новое значение в виде целого числа
// типа int возвращается в качестве результата вызова и помещается на вершину
// стека.
aload_1;
invokevirtual Method java/util/concurrent/atomic/AtomicInteger.incrementAndGet:"()I";
// Ссылка на экземпляр счётчика и его последнее значение приходят в качестве
// параметров в метод, реализующий конкатенацию. Там они будут переведены в
// строковое представление и подставлены в строку-шаблон.
invokedynamic
InvokeDynamic REF_invokeStatic
:Method java/lang/invoke/StringConcatFactory.makeConcatWithConstants
:"(Ljava/lang/invoke/MethodHandles$Lookup;Ljava/lang/String;Ljava/lang/invoke/MethodType;Ljava/lang/String;[Ljava/lang/Object
Ljava/lang/invoke/CallSite;":makeConcatWithConstants:"(Ljava/util/concurrent/atomic/AtomicInteger;I)Ljava/lang/String;"
{
// Строка-шаблон. Символами \u0001 обозначаются места, в которые будут
// подставлены значения из параметров.
String "First two positive numbers: \u0001, \u0001"
};
Процитированный выше фрагмент можно представить в виде такого псевдокода:
// Помещаем ссылку на экземпляр счётчика на стек.
// Сейчас его внутреннее состояние хранит значение равное единице,
// но это ничего не значит.
AtomicInteger temp1 = counter;
// Разыменовываем ссылку на экземпляр счётчика и вызываем его метод incrementAndGet()
// Состояние счётчика меняется с 1 на 2, новое значение в виде целого числа
// типа int возвращается в качестве результата вызова и помещается на вершину
// стека.
int temp2 = counter.incrementAndGet();
// Ссылка на экземпляр счётчика и его последнее значение приходят в качестве
// параметров в метод, реализующий конкатенацию. Там они будут переведены в
// строковое представление и подставлены в строку-шаблон.
String result = makeConcatWithConstants(
"First two positive numbers: \u0001, \u0001",
temp1,
temp2
);
...
System.out.println(result);
Другими словами, в метод makeConcatWithConstants() объект count придёт уже в изменённом состоянии и результат будет неверным. Мистерия раскрыта!
Добиться стабильной работы нашего КДПВ можно просто заменив в выражении counter на counter.get(), а в более общем случае — явно приведя к строковому представлению все значения ссылочных типов, встречающиеся в врыражении.
Если этот баг вызывает у вас серьёзное беспокойство, то вы можете временно откатиться на использование старого способа конкатенации строк.
Для это нужно при компиляции передать javac параметр -XDstringConcat=inline:
javac -XDstringConcat=inline Disturbed.java
Мораль
Пишите хороший код, не пишите плохой и остерегайтесь побочных эффектов при конкатенации строк. Баги коварны и умеют ждать.
Сюрпризы конкатенации
Вопрос в стиле головоломок с offline-конференций: Что выведет этот код при запуске? import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger; public class Disturbed { public static void main(String... args) {...
habr.com