Dynamic AOPとその実装手法について

Dynamic AOPとその実装手法について
情報処理学会プログラミング研究会　発表資料　2003年1月23日 Dynamic AOPとその実装手法について　東京工業大学佐藤芳樹　千葉滋 Mar 12-14, 2003 SPA 2003, Hakone

情報処理学会プログラミング研究会発表資料 2003年1月23日
情報処理学会プログラミング研究会　発表資料　2003年1月23日１．AOP(Aspect-Oriented-Programming) 簡単な例モジュール間を横断する関心事（crosscutting concerns)をアスペクトとしてカプセル化 [ BookShelf ] Book search(String key) { while (_booklist.hasMoreElements()) if (_booklist.next().match(key)) return book[i]; } なぜか遅いんだけど、一体なんでだろう？どこがボトルネック！？ [Book] boolean match(String key) { if (match0(key)) return true; else return false; } モジュール間にまたがる横断的関心事(crosscutting concern)をアスペクトとしてモジュール化する新たなプログラミングパラダイム Mar 12-14, 2003 SPA 2003, Hakone

情報処理学会プログラミング研究会　発表資料　2003年1月23日１．AOP(Aspect-Oriented-Programming) 散らばるコードモジュール間を横断する関心事（crosscutting concerns)をアスペクトとしてカプセル化 [ BookShelf ] public static File loggingFile; Book search(String key) { Profiler.start(BookShelf.loggingFile); while (_booklist.hasMoreElements()) if (_booklist.next().match(key)) return book[i]; Profiler.stop(BookShelf.loggingFile); } あちこちに散らばるコード crosscutting concern 分散、同期、セキュリティトランザクション、etc… [Book] boolean match(String key) { Profiler.start(BookShelf.loggingFile); if (match0(key)) { Profiler.stop(BookShelf.loggingFile); 　　 return true; } else { return false; } モジュール間にまたがる横断的関心事(crosscutting concern)をアスペクトとしてモジュール化する新たなプログラミングパラダイム保守性・再利用性が低下どうやらOOでも駄目らしい Mar 12-14, 2003 SPA 2003, Hakone

情報処理学会プログラミング研究会　発表資料　2003年1月23日１．AOP(Aspect-Oriented-Programming) アスペクトにカプセル化モジュール間を横断する関心事（crosscutting concerns)をアスペクトとしてカプセル化 [ BookShelf ] Book search(String key) { while (_booklist.hasMoreElements()) if (_booklist.next().match(key)) return book[i]; } Aspect searchとmatchの前後 Profiler#start(),stop() loggingFile [Book] boolean match(String key) { if (match0(key)) 　　 return true; 　　else return false; } 散らばっていた処理、無理に受け渡してたデータを分離モジュール間にまたがる横断的関心事(crosscutting concern)をアスペクトとしてモジュール化する新たなプログラミングパラダイムアプリロジックと無関係な非機能的処理も再利用できる Mar 12-14, 2003 SPA 2003, Hakone

情報処理学会プログラミング研究会　発表資料　2003年1月23日１．AOP(Aspect-Oriented-Programming) アスペクト処理系が合成モジュール間を横断する関心事（crosscutting concerns)をアスペクトとしてカプセル化 [ BookShelf ] public static File loggingFile; Book search(String key) { Profiler.start(BookShelf.loggingFile); while (_booklist.hasMoreElements()) if (_booklist.next().match(key)) return book[i]; Profiler.stop(BookShelf.loggingFile); } Aspect searchとmatchの前後 Profiler#start(),stop() loggingFile [Book] boolean match(String key) { Profiler.start(BookShelf.loggingFile); if (match0(key)) { Profiler.stop(BookShelf.loggingFile); 　　 return true; } else { return false; } モジュール間にまたがる横断的関心事(crosscutting concern)をアスペクトとしてモジュール化する新たなプログラミングパラダイム weaver アスペクトとプログラムを静的に合成(weave) Mar 12-14, 2003 SPA 2003, Hakone

Dynamic AOP 2. Dynamic AOPとその実装実行時にアスペクトとプログラムを合成利点開発効率を改善
実行したまま、プロファイリング、アサーション、ロギングのOn/Off 　AspectJ : ポーリング箇所を替えるごとにstop-rebuild-restart 実行環境に適応するソフトウェア要求・環境に応じて、最適なアスペクトに切り替え Mar 12-14, 2003 SPA 2003, Hakone

分散GUIの例 2. Dynamic AOPとその実装クライアントに応じてアスペクトを合成・配置・解像度・ビットレート
Aspect pda = new Aspect(“PDAAspect”); Aspect pc = new Aspect(“PCAspect”); switch(client) { case PDA : weaver.weave(pda); case PC : weaver.weave(pc); } クライアントに応じてアスペクトを合成 PC用Aspect ・配置・解像度・ビットレート・色数　etc… Note用Aspect PDA用Aspect Mar 12-14, 2003 SPA 2003, Hakone

情報処理学会プログラミング研究会　発表資料　2003年1月23日 2. Dynamic AOPとその実装 AOPのモデル・フィールドアクセス join-point でアドバイスを実行するプログラム中の場所　　　コードの断片・メソッド呼び出し・オブジェクト生成・・・ Dynamic Join Point Model (AspectJ[*1]で提案) アスペクト pointcut 場所の指定 (join-pointを指定) match() search() advice 　処理の記述『AOPはJoin-pointでアドバイスと呼ばれるコードの断片を実行するというモデルに基づく』 join-pointを指定するポイントカットとjoin-pointで実行するコードを表すアドバイスがある join-point Profiler.start() *1 Xerox Corporation. “The AspectJ Programming Guide. Online Documentation”, Mar 12-14, 2003 SPA 2003, Hakone

情報処理学会プログラミング研究会　発表資料　2003年1月23日 2. Dynamic AOPとその実装フックでの典型的な実装フックコードの挿入コード変換器でjoin-pointへフックコードを挿入プログラムの実行をインターセプトし、アドバイスを実行挿入されたフックコード do_before_advice(); do_after_advice(); join point フック『オブジェクト指向言語でAOPを実装する典型的な方法は、join-pointにあたる場所フックを挿入しフックした場所で適切なアドバイスを実行する』 pointcut 指定 Mar 12-14, 2003 SPA 2003, Hakone

求められるDAOPシステムの要件 2. Dynamic AOPとその実装実行時にフックを引っ掛けてアスペクトを合成仕掛けが少なく
通常の実行では性能を落とさない処理系に手を加えない合成は早く停止時間を抑えてプログラムに反映コードの実行も早く高速にアドバイスを実行 Mar 12-14, 2003 SPA 2003, Hakone

情報処理学会プログラミング研究会　発表資料　2003年1月23日 2. Dynamic AOPとその実装 DAOPシステムの実装技法実行時にフックを挿入するための技法 MOP(Metaobject Protocol) CLOS、Smalltalk、etc リフレクション(イントロスペクション)[3] クラスを巡回静的コード変換[4,5] 静的なAOPシステムの手法と類似した手法処理系に用意[6,7] インタプリタ(JIT)、デバッガジャストインタイム・フック　埋め込み(我々) オンデマンドにフックを埋め込む [3] D. Orleans and K. Lieberherr. DJ: Dynamic Adaptive Programming in Java In Reflection 2001 [4] J. Baker and W. Hsieh. “Runtime Aspect Weaving Through Metaprogramming” In AOSD’02 [5] A. Popovici, T. Gross, and G. Alonso. “Dynamic Weaving for Aspect Oriented Programming” In AOSD’02 [6] A. Popovici, G. Alonso, and T. Gross. “Just-In-Time Aspects” In AOSD’03 [7] Andrei. P, Thomas. G and Gustavo. A. “Dynamic Weaving for Aspect-Oriented Programming” In AOSD’02 『DAOPシステムは多数存在するが、リフレクションを処理系がサポートする言語では、実行時に容易にフックを挿入できる』 Mar 12-14, 2003 SPA 2003, Hakone

情報処理学会プログラミング研究会　発表資料　2003年1月23日 2. Dynamic AOPとその実装 DAOPシステムの実装技法実行時にフックを挿入するための技法 MOP(Metaobject Protocol) CLOS、Smalltalk、etc リフレクション(イントロスペクション)[3] クラスを巡回静的コード変換[4,5] 静的なAOPシステムの手法と類似した手法処理系に用意[6,7] インタプリタ(JIT)、デバッガジャストインタイム・フック　埋め込み(我々) オンデマンドにフックを埋め込む [3] D. Orleans and K. Lieberherr. DJ: Dynamic Adaptive Programming in Java In Reflection 2001 [4] J. Baker and W. Hsieh. “Runtime Aspect Weaving Through Metaprogramming” In AOSD’02 [5] A. Popovici, T. Gross, and G. Alonso. “Dynamic Weaving for Aspect Oriented Programming” In AOSD’02 [6] A. Popovici, G. Alonso, and T. Gross. “Just-In-Time Aspects” In AOSD’03 [7] Andrei. P, Thomas. G and Gustavo. A. “Dynamic Weaving for Aspect-Oriented Programming” In AOSD’02 Mar 12-14, 2003 SPA 2003, Hakone

情報処理学会プログラミング研究会　発表資料　2003年1月23日 2. Dynamic AOPとその実装イントロスペクションによる手法 DJ(Demeter/Java)[3]　Adaptive-Programming アドバイスを実行する場所を、戦略として与える実行時にクラスを巡回し、アドバイスを実行フックをかけられず、毎回巡回のため遅い int sumSalaries() { // Adaptiveメソッドを定義 String s = "from Company to Salary"; // traversal strategy Visitor v = new Visitor() { // adaptive visitor private int sum; public void before(Salary man) { sum += man.getSalary(); } public Object getReturnValue() { return new Integer(sum); } }; フックを挿入できないため、かなり制限が大きい Mar 12-14, 2003 SPA 2003, Hakone

情報処理学会プログラミング研究会　発表資料　2003年1月23日 2. Dynamic AOPとその実装静的コード変換による手法コンパイル時リフレクションですべてのjoin-pointへ最小のフックを挿入 (JAC[3], Handiwrap[4]) 静的にはフックする場所を特定できないアドバイスを実行するかどうかをチェック need_advice(); need_advice(); need_advice(); 分岐、無駄なフック－仕掛けが大 need_advice(); need_advice(); pointcut 指定はここだけ need_advice(); 『静的コード変換ですべてのjoin-pointにフックを挿入すると不必要なフックが多数埋め込まれてしまう』 need_advice(); 常にすべてのjoin-pointでチェックコードサイズの肥大化 need_advice(); need_advice(); need_advice(); need_advice(); need_advice(); Mar 12-14, 2003 SPA 2003, Hakone

情報処理学会プログラミング研究会　発表資料　2003年1月23日 2. Dynamic AOPとその実装 JITコンパイラによるフック JITが生成したネィティブコード上のすべてのjoin-pointへ最小のフック挿入(PROSE[7]) Javaでのフックよりネィティブのフックは小さい Jalapeno(Javaで書かれたVM、すべてJITコンパイル)へ実装再JITコンパイルしない不必要なフックも挿入 need_advice(); need_advice(); need_advice(); need_advice(); 『静的コード変換ですべてのjoin-pointにフックを挿入すると不必要なフックが多数埋め込まれてしまう』 need_advice(); need_advice(); need_advice(); need_advice(); need_advice(); need_advice(); need_advice(); need_advice(); Mar 12-14, 2003 SPA 2003, Hakone

情報処理学会プログラミング研究会　発表資料　2003年1月23日 2. Dynamic AOPとその実装デバッガによるフックフックをbreakpointとして設定 (PROSE[6]) 標準機能 JPDA の利用 HotSpot使用でデバッグ実行(３～６％程度遅い) アドバイスの実行が遅い breakpointセットデバッガがアドバイス実行デバッガデバッガ do_advice(); Mar 12-14, 2003 SPA 2003, Hakone

デバッガによるフック挿入・実行 2. Dynamic AOPとその実装 Mar 12-14, 2003 SPA 2003, Hakone
do_advice(); Mar 12-14, 2003 SPA 2003, Hakone

情報処理学会プログラミング研究会　発表資料　2003年1月23日 2. Dynamic AOPとその実装動的クラス書き換え(我々が開発1) フックをコード中に埋め込む古いクラス定義を新しいもので置換 HotSwap機能を使用　(Sun JDK1.4 JPDA) デバッガの制御下でロード済みクラスを再ロード置換処理は低速だが、アドバイスの実行は高速 JVM 『アスペクトとプログラムの合成を可能な限り遅延させる。フックの挿入は必要になるときまで遅延され、プログラムに埋め込まれる』 JPDA ロード済みクラス do_advice(); do_advice(); do_advice(); do_advice(); フック入りクラス do_advice(); do_advice(); do_advice(); do_advice(); クラス再定義 Mar 12-14, 2003 SPA 2003, Hakone

動的クラス書き換え(我々が開発1) 2. Dynamic AOPとその実装 Mar 12-14, 2003 SPA 2003, Hakone
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ジャストインタイム･フック埋め込み(我々が開発2)
情報処理学会プログラミング研究会　発表資料　2003年1月23日ジャストインタイム･フック埋め込み(我々が開発2) ２段階のフック挿入デバッガによるフックと動的クラス書き換えをハイブリッドフック挿入に準備がいらない高速にフックを挿入デバッガによるフックアドバイス実行時間 1 switch バイトコード変換でフックを挿入し、クラスを再ロード頻繁にデバッガへスイッチするなら、フックを埋め込んでしまう『効率的なDAOPシステムを実現するために、ジャストインタイム・フック埋め込み技術を提案する』 2 動的クラス書き換えフック埋め込み時間 Mar 12-14, 2003 SPA 2003, Hakone

ジャストインタイム･フック埋め込み(我々が開発2)
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アスペクト処理系 Wool 3. Wool ジャストインタイム・フック埋め込みをPure Javaで実装実行途中のメソッドにもフック挿入
ActiveFrameで参照されるクラスへもフック挿入フックを挿入するか否かも選択 Javaでアスペクトを記述ポイントカットの動的な変更アドバイスの動的な追加・変更・削除性能劣化の60~70％がコード変換・再ロード処理 Mar 12-14, 2003 SPA 2003, Hakone

今後のDAOPの展望 4．おわりにポストDLL 開発時にリンクポイントを用意しなくて良いオートノミックコンピューティング
アプリケーションコードの見せ方フックポイントの制限（セキュリティ）オートノミックコンピューティングあらゆる場所へ改変箇所が浸透実行時にアスペクトの自動抽出・自動分離フックの高速化・コードの高質化の両立(Wool) Mar 12-14, 2003 SPA 2003, Hakone

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