Hello Java

Hello Java
Java女子部 Oracleコンサルによる超Java入門
伊藤智博（Chihiro Ito）
Twitter : @chiroito

Java女子部 Oracleコンサルによる超Java入門 / Hello Java / @chiroito
自己紹介
• 日本オラクル Fusion Middleware製品コンサルタント
– Java SE全般/Coherence/Event Processor/トラブルシュートを主に担当
• 講演(http://www.slideshare.net/ChihiroIto1)
– オラクルの公式イベント
– 日本Javaユーザグループなど
• 執筆
– 技術評論社様
• 絵で見て分かるJVM（http://gihyo.jp/dev/serial/01/jvm-arc）
2

ここで示されている見解は私個人のものであり
所属会社の見解を反映したものではありません
3

アジェンダ
1. Javaとは
2. Java VMの内部
3. アプリケーションとJava VM
4. HotSpot JVM
5. アプリケーション開発方法
6. Java VM運用方法
7. Javaの情報収集方法
4

１．Javaとは
5

• Raspberry Pi
• 携帯電話
• GUI
• CUI
• 動的なサイト
• スマホアプリの通信先
Javaが使われている分野
組み込み機器デスクトップ
ブラウザ
/ スマホアプリ
実行環境
システム
■
- ×
>java Hello
please Input : Java
Hello Java !
>
■
- ×
6

• オブジェクト指向によって
プログラミングを行う言語
• アプリケーション開発者が使用
• 教材はたくさんある
• Java言語によって書かれた
アプリケーションの実行環境
• インフラ担当者が使用
• 教材はほとんどない
7
Javaとは
プログラミング言語実行環境

• 組込み機器用実行環境
• Java SEに比べて機能
を限定し軽量
• デスクトップやサーバ
で使用する実行環境
• 一般的に言うJava
• 標準的なAPIの仕様
– Servlet/JSF/JSP/EJB
/CDI/JAX-RS/JPA
• 実行にAPサーバが必須
Javaの種類
Java SE Embedded
/ Java ME
Java SE Java EE
Java SE
API
実行環境実行環境
8
※ APサーバ：アプリケーションサーバ
※

実行環境のメリット
Linux用
アプリ
Linux
Solaris用
アプリ
Solaris
ネイティブの場合
環境ごとにアプリを作る
実行環境
アプリ
Linux
実行環境
Solaris
アプリ
Javaの場合
環境の差異は実行環境が吸収
→1つのアプリで良い
9

アプリケーション(AP)サーバとは
• Java EEアプリケーションの実行に必要
• APサーバはJava EEによるAPIの実装を提供
• リソースを管理およびアプリケーションへ提供
– データベース接続など
• 運用に必要なツールも提供
• ベンダーやオープンソースによって開発
– WebLogic Server、Oracle Application Server
– GlassFish Server
10
実行環境
アプリ
OS
APサーバ
アプリ…

Javaの作られ方
• 仕様の要望をJava Specification Requests(JSR)としてまとめる
• Java Community Process(JCP)の一部メンバーによって投票
– JCPメンバーにはベンダーだけではなく利用者もいる
• 仕様を策定し、参照実装(RI : Reference Implementation)を作成
– 製品ベンダーはこの仕様にあわせてRIを参考に開発
• 互換テストにより、仕様を満たすことで認定
11

さまざまな実行環境
Oracle
実行環境
(HotSpot)
アプリ
OS
Oracle
実行環境
(JRockit)
アプリ
OS
H社様
実行環境
アプリ
OS
OpenJDK
(HotSpot)
アプリ
OS
I社様
実行環境
アプリ
OS
• さまざまな企業(ベンダー)やオープンソースが実装
12
• さまざまな企業(ベンダー)

開発から実行するまでの流れ
開発者アプリケーション
実行環境
13
• ソースファイル
– Java言語で書かれる
• コンパイル
– ソースファイルから
クラスファイルを生成
• クラスファイル
– 実行環境が実行できる
バイトコードが含まれる
実行
ソース
ファイル
記述
クラス
ファイル
コンパイル

API
アプリケーション
• Java VM
– バイトコードを読み込み、
ネイティブコードへ変換して
アプリケーションを実行する
– アプリケーションの実行に必要な
メモリを管理する
• API
– 標準で含まれるクラスの集合
– Stringクラスなど
実行環境とは
クラス
ファイル
実行環境
読込
クラス
ファイル
クラス
ファイル
クラス
ファイル
14
参照
Java VM
読込
クラス
ファイル
クラス
ファイル
読込んだ
クラス
ファイル実行

２．Java VMの内部
15

Java VMとは
• Java Virtual Machineの略称、更に略してJVMと呼ばれる
• javaコマンドで実行される
• OSから見るとプロセス
• ベンダーごとの実装によって細かい動きは異なる
16

Java VMの役割
• アプリケーションを動かす
• アプリケーションのサポート
– アプリケーションの実行に必要なクラスファイルを読込む
– バイトコードをネイティブコードへ変換・最適化
– オブジェクトの終了処理
– アプリケーションが使用したメモリの掃除（ガベージ・コレクション）
– など
17

Java VMの構成要素
• スレッド
– 与えられた仕事を実行する
– OSのCPUリソースを使用
• メモリ領域
– スレッドが作業領域として使用
– OSのメモリリソースを使用
18
メモリ領域
JVMプロセス
スレッド

メモリ領域
Java VMが持つ2種類のスレッド
• アプリケーションスレッド
– アプリケーションを動かす
– 開発者が作成・管理可能
• VMスレッド
– アプリケーションをサポートする
– 開発者は気にしない
19
JVMプロセス
VMアプリケーション

メモリ領域
いろいろな役割のVMスレッド
• スレッドによって役割がある
– ガベージ・コレクションスレッド
– コンパイルスレッド
– ファイナライザスレッド
20
JVMプロセス
アプリケーションGC担当
コンパイル
担当
VM
など

Java VMのメモリ構造
• メモリ領域は2種類
– ヒープ領域
• アプリケーションのオブジェクトを格納
• アプリケーションがnewすると使用
• 開発者はオブジェクトの削除を意識不要
– ネイティブ領域
• Java VM自身が使用するメモリ空間
21
メモリ領域
JVMプロセス
ネイティブヒープ
abc
new GC

Java VMのネイティブ領域
• JVM内部で使用
• 他にもさまざまな用途で使用
– スレッドスタック
• スレッドが処理中の情報を格納
– メタスペース
• 読込んだクラスの情報を格納
22
JVMプロセス
ネイティブヒープ
スレッド
スタック
処理中の
情報を記録

３．アプリケーションとJava VM
23

実行環境
String s = new String(“abc”);
1. Stringクラスの読み込み
2. Stringオブジェクトの作成
3. 変数とオブジェクトの紐付け
Java VMの動きの例
ヒープ
メタスペース
s
※フィールドを含む
変数※
API開発者が実行したい処理
実行環境が行う主な処理
abc
オブジェクト
2
参照 3
24
1
StringString

アプリケーションをサポートする機能例
• ガベージ・コレクション
– ヒープ領域にある使われないオブジェクトを削除する
– GCスレッドによって実行される
– 実行中はアプリケーションが停止する（Stop The World : STW)
25

アプリケーションとGC
String s = new String(“abc”);
s = null ;
メモリ
abcs
参照参照があるため
GC対象ではない
メモリ
abcs
参照を削除
参照がないため
GC対象
26

４．HotSpot JVM
27

HotSpotのヒープ構造
• 大きく2つに分割され、細かくは4つの領域に分割
– New領域
• Eden
– 最初にオブジェクトを作られる領域
• Survivor 0/1
– 1回以上GCを経験したオブジェクトの領域
– Tenured領域
• 指定回数以上GCを経験した、
またはSurvivorに入りきらなかった
オブジェクトの領域
28
Eden
領域
Tenured
領域
Survivor 0
領域
Survivor 1
領域

HotSpotのGC
• GCはNew領域だけを対象とするものと全体を対象とする2種類
• GCの方法は主に3種類
– パラレル
• 複数のスレッドでGCを行う
– コンカレント・マーク&スイープ (CMS)
• 複数の役割に分けてGCを行う
• アプリと並行して実行可能な役割もある
– ガベージ・ファースト (G1GC)
• 領域を細かく分ける
• 複数の役割に分けてGCを行う
29
Eden
領域
Tenured
領域
Survivor 0
領域
Survivor 1
領域
Full GC
Minor GC

1．Edenにオブジェクトが作成される３．Edenにオブジェクトが作成される
２．GCが実行され、参照のあるオブ
ジェクトはEdenからSurvivor 0へ移
動
４．GCが実行され、参照のあるオブ
ジェクトはEdenからSurvivor 1へ移
動
GCによるオブジェクトの動き (1/2)
Eden
領域
Tenured
領域
Survivor 0
領域
Survivor 1
領域
参照のあるオブジェクト参照の無いオブジェクト
Eden
領域
Tenured
領域
Survivor 0
領域
Survivor 1
領域
Eden
領域
Tenured
領域
Survivor 0
領域
Survivor 1
領域
1 2
1 2
Eden
領域
Tenured
領域
Survivor 0
領域
Survivor 1
領域
1 23
1 3
30

5．Edenにオブジェクトが作成される 7．GCを繰返すとTenuredがいっぱい
になる
6．GCが実行され、一定回数GCを
経験するとTenuredへ移動する
8．Full GCが実行され、参照のない
オブジェクトは全て削除される
GCによるオブジェクトの動き (2/2)
Eden
領域
Tenured
領域
Survivor 0
領域
Survivor 1
領域
参照のあるオブジェクト参照の無いオブジェクト
Eden
領域
Tenured
領域
Survivor 0
領域
Survivor 1
領域
Eden
領域
Tenured
領域
Survivor 0
領域
Survivor 1
領域
1
3
Eden
領域
Tenured
領域
Survivor 0
領域
Survivor 1
領域1 3
31
1
1

５．Javaアプリケーションの開発方法
32

開発には Java Development Kit を使用
• Java用のソフトウェア開発キット(SDK)
• Java Development Kit(JDK)の構成要素
– 実行環境(JRE)
– 開発ツール：コンパイラ、アーカイブ、ドキュメント生成
– 運用ツール：分析ツール、監視ツール
33

アプリケーション開発で扱う3種類のファイル
• ソースファイル (*.java)
– 開発者がJava言語で作成するファイル
• クラスファイル (*.class)
– JVMが実行可能なバイトコードを含むファイル
• アーカイブファイル (*.jar, *.war, *.ear)
– クラスファイルをまとめたファイル
34

Java女子部 Oracleコンサルによる超Java入門 / Hello Java / @chiroito 35
アプリケーション開発の流れ
ソース
ファイル
クラス
ファイル
アーカイブ
ファイル
記述実行実行コンパイルアーカイブ
• 実行はクラスファイルとアーカイブファイルのどちらでも可能

昔のアプリケーション開発の流れ
• エディタ(メモ帳など)を使用してソースファイルを作成
• JDKを直接使用してクラスファイル・アーカイブファイルを作成
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ソース
ファイル
クラス
ファイル
アーカイブ
ファイル
javacコマンド jarコマンド
エディタ JDK
実行

IDEを使ったアプリケーション開発の流れ
• 統合開発環境：Integrated Development Environment (IDE)
– Eclipse, Netbeans, JDeveloper など
– アプリケーション開発に必要な機能がまとめられている
37
ソース
ファイル
クラス
ファイル
アーカイブ
ファイル
Run保存/ビルドエクスポート
IDEを使った開発
記述実行

商用で使われるアプリケーション開発の流れ（例）
• CIツール
– 継続的にテストやビルドを繰返し、品質管理を行うツール
– ビルドツールを使用してコンパイルやアーカイブを行う
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ソース
ファイル
クラス
ファイル
アーカイブ
ファイル
実行コンパイルアーカイブ
IDE CIツール

６．Java VMの運用方法
39

なぜ監視するのか
• アプリケーションとJVMが動けているか確認
– OSリソース/APサーバ/Java VM/アプリケーションのリソースの過不足
– アプリケーションが動かず、Java VMばかり動いていないか
– アプリケーションやJava VMが無駄な処理をしていないか
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• 使用量
– 各領域のGC前後の使用量
• GCの履歴
– GC開始時間と処理時間
• 占有オブジェクト
– ヒープを閉めている
オブジェクトの種類
• ステータス
– 処理待ちしていないか
– スリープしていないか
• 実行中の処理
– 実行中の処理の
スタックトレース
• 処理量
– 起動からの処理量
• リソース使用量
– DB接続の使用数など
• メソッドの実行時間
– メソッドの呼び出しごと
と累計の処理時間
監視する項目
ヒープスレッドアプリ
41

• 使用量
– 各領域のGC前後の使用量
• GCの履歴
– GC開始時間と処理時間
• 占有オブジェクト
– ヒープを閉めている
オブジェクトの種類
• ステータス
– 処理待ちしていないか
– スリープしていないか
• 実行中の処理
– 実行中の処理の
スタックトレース
• 処理量
– 起動からの処理量
• リソース使用量
– DB接続の使用数など
• メソッドの実行時間
– メソッドの呼び出しごと
と累計の処理時間
監視するツールと機能
ヒープスレッドアプリ
42
GCログ
ヒープダンプ
MBean
プロファイラ
スレッドダンプ

７．Javaの情報収集方法
43

• 毎月Javaの勉強会を開催
• 年2回大規模な勉強会を開催
• Twitter @JJUG、#JJUG
• 関東と関西で開催
• もくもく会と勉強会を開催
• Twitter @java_women、#javajo
• 1～2ヶ月に1回勉強会を開催
• Twitter @kan_java、#kanjava
• Twitter #okajug
Javaのコミュニティに参加しましょう
日本Javaユーザグループ Java女子部
関西Javaエンジニアの会岡山Javaユーザ会
44
• Twitter #hirojug
広島Javaユーザグループ

Oracleが提供するオススメの情報源
• 認定試験
– Oracle Certified Java Programmer Silver/Gold
• ドキュメント
– JavaMagazine (http://www.oracle.com/technetwork/java/javamagazine/index.html)
• 日本語版 (http://www.oracle.com/technetwork/jp/articles/java/overview/index.html)
• イベント
– 国内
• Java Day Tokyo、JavaOne Tokyo、Oracle DBA & Developer Day
– 海外
• JavaOne San Francisco
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• Java チャンピオン
– Javaにおけるリーダシップの役割を持つ
– Java の技術に関する啓蒙活動等を行う
– 厳選されたJava のスペシャリスト
• Oracle Ace
– Oracleの製品に卓越した知識と経験を持つ
– コミュニティ活動を強力に支援
– トップエンジニアとしてオラクルが認定
• エバンジェリスト
– 技術の採用を促す広報役
– 主に、所属会社の製品や技術戦略に則って
活動し、それらをエンジニアに広める
• コミッター
– 製品やその機能を開発し、反映できる人
– JavaではOpenJDKや各種ライブラリ
信頼できる情報発信源から情報を得ましょう
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