分散 Java プログラムのための
アスペクト指向言語
西澤無我(東工大, CREST)
千葉滋(東工大, CREST)
SWoPP2003, Matsue
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本研究は
分散プログラミング支援ツールの開発
分散プログラムのモジュール化を促進
モジュール化は、プログラムの可読性の向上
プログラムをメンテナンスし易くなる
DJcutter の提案
Java 用のアスペクト指向プログラミング言語
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既存の技術ではモジュール化が
できない処理
横断的関心事
オブジェクト指向技術では
異なるモジュール間にまたがってしまう処理
横断的関心事が存在する
分散プログラムの例
分散化した observer パターン
Subject と observer が異なるクラス・ホストに存在
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分散化した observer パターン
①
グループ図形エディタの説明
利用者がスクリーン上の
図形の位置を変更する
②
その図形の位置の変更にとも
ないそれぞれのホストのスクリ
ーンも更新される
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分散化した observer パターン
- モジュール化の困難さ
2 種類の横断的関心事
異なるクラス間を横断する関心事（AspectJ で対応可）
異なるホスト間を横断する関心事
分散版では…
Observer
複数のScreen オブジェクトが各ホストに存在する
Subject
Point, Line オブジェクトの複製が各ホストに存在する
（編集中の図形の情報のコピーが各ホストに存在）
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異なるクラス間の横断的関心事
クラス図
FigureElement: Subject
Screen: Observer
observer: Screen
update(Subject): void
addObserver(Screen)
notify(): void
Point
Line
getX(): int
getY(): int
setX(int): void
setY(int): void
getP1(): Point
getP2(): Point
setP1(Point): void
setP2(Point): void
横断的関心事: Subject の状態の変更を observer に通知しなくてはならない
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異なるクラス間の横断的関心事の
モジュール化
アスペクト指向技術(AOP)
横断的関心事をアスペクトと呼ばれるモジュールに
分離する技術
AspectJ
汎用的な Java 用 AOP 言語
異なるクラス間の横断的関心事のモジュール化は
可能
しかし、異なるホスト間の横断的関心事のモジュー
ル化は困難
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AspectJ によるモジュール化
class Point {
void setX(int) { … }
void setY(int) { … }
int getX() { … }
int getY() { … }
}
class Line {
void setP1(Point p) {
… … p.setX(int); notify();
… p.setY(int); notify(); …
}
void setP2(Point p) {
… … p.setX(int); notify();
… p.setY(int); notify(); …
}
Point getP1() { … }
Point getP2() { … }
}
aspect ObserverProtocol {
pointcut subjectChange(Subject s):
(call(void Point.setX(int))
|| call(void Point.setY(int))
|| call(void Line.setP1(Point))
|| call(void Line.setP2(Point)))
&& target(s);
after(Subject s): subjectChange(s) {
s.observer.update(s);
}}
class Line {
void setP1(Point p) {
… p.setX(int); … p.setY(int); …
}
void setP2(Point p) {
… p.setX(int); … p.setY(int); …
}
Point getP1() { … }
Point getP2() { … }}
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AspectJ の言語仕様
Join point
プログラム実行中の基本要素
Advice 定義
散らばってしまうコードの断片
例: メソッド呼び出し、メソッド実
行、フィールドアクセス
aspect ObserverProtocol {
pointcut subjectChange(Subject s):
(call(void Point.setX(int))
|| call(void Point.setY(int))
|| call(void Line.setP1(Point))
|| call(void Line.setP2(Point)))
&& target(s);
Before, after, around
after(Subject s): subjectChange(s) {
s.observer.update(s);
}
Pointcut 記述
Advice を実行する join point
の指定
}
Pointcut 指定子 target, call
Pointcut 引数: advice に渡す
join point の情報
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異なるホスト間の横断的関心事
- 遠隔ホスト上の observer
AspectJ は苦手
Subject の状態の変更を、すべてのホストのスク
リーンに遠隔呼び出しで通知
:Screen
:Screen
:Point
Advice
Pointcut
遠隔メソッド呼出
(RMI)
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:Screen
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異なるホスト間の横断的関心事
- 散らばる advice
各ホストに Point や Line の複製を配置すると
各ホストに advice が散らばる
各 advice 内では、各ホスト上の Screen の遠隔参照（ポインタ）
のコピーを保持していなければならない
:Screen
RMI
:Screen
:Point
Advice
:Point
Advice
:Screen
Pointcut
AspectJ は advice と同じホスト上の
join point だけしか pointcut できない
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Advice
:Point
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散らばった advice の問題
各ホスト上に散った複数の advice が一つ
の関心事を実装
プログラミング上好ましくない
全 Screen の遠隔参照（ポインタ）を全
advice 間で共有
コピーを配布
集中管理
一貫性の管理が面倒
一部の advice は proxy??
Proxy の定義は単純だが面倒
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DJcutter の提案
AspectJ の言語仕様を拡張
遠隔ホスト上の join point を pointcut できる
遠隔ホスト上のプログラム実行が join point に達し
たら advice を呼び出す
Advice が分散しない
AspectJ の
pointcut 機構
:Point
Advice
DJcutter の
pointcut 機構
Advice
遠隔 pointcut
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DJcutter による分散 observer
パターンのモジュール化
アスペクト・サーバ・ホス
ト
Pointcut
Advice
RMI
:Screen
RMI
:Point
RMI
:Point
:Screen
:Screen
Advice が各ホストに
散らばらずにすむ
:Point
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言語仕様 (1)
- Pointcut 記述
AspectJ のサブセットをサポート
Within(Type)
Target(Id)
Id と同じ型を引数にとる join point を全て指定
Args(Id, …)
それぞれのホスト上に存在する Type クラス内の全ての
join point を指定
Ids と同じ型を引数にとる join point を指定
Call(Signature)
Sigunature に一致しているメソッド呼び出しを指定
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言語仕様 (2)
- Advice 定義
AspectJ と同様の機能をサポート
Before
After
選択した join point の直後に advice を実行
Around
選択した join point の直前に advice を実行
選択した join point 自体に代わり advice を実行
拡張： 組み込み変数 $remotehost
Advice を呼び出した join point の存在するホスト
名を String 型で表す
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言語仕様(3)
- アスペクトフィールド・メソッド
クラス定義と同様のフィールド・メソッドをアスペクト内に
定義可能
普通のクラスからアスペクトメソッドを呼び出したい場合
普通のクラスとアスペクトメソッドとは異なるホスト上に存在す
る場合が多い。
ユーザはインターフェースを経由
JavaRMI の registry server
aspect LoggingAspect
implements Logger {
void displayLog(Point p, int x) {
……
}}
Logger logger = (Logger)
Aspect.get(“LoggingAspect”, this);
Logger.displayLog();
Interface Logger extends AspectInterface{
void displayLog(Point p, int x); }
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アスペクト・メソッドの呼び出し
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実装
DJcutter は
アスペクトのソースファイルを処理するコン
パイラ
分散プログラムを実行する実行時ライブラリ
アスペクト・サーバ
拡張クラスローダ
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DJcutter コンパイラ
アスペクトのソースファイルを Java のクラスに
変換する
aspect LoggingAspect {
pointcut logX(Point p):
(call(void Point.setX(int)
|| call(void Point.setY(int))
&& target(p);
after(Point p, int x):
logX(p, x) {
System.out.println(“set x: “ + x);
}
}
class LoggingAspect {
static void after_$0(Point p, int x) {
System.out.println(“set x: “ + x);
}
}
Bytecode 変換
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アスペクト・サーバ
プログラム実行時に最初に起動
アスペクトのソースをコンパイルして得られたクラス
をロード
Advice やアスペクトメソッドを実行
アスペクトのソース内の pointcut 情報をクライ
アントに配布
クライアントは、通常のクラスをロードして実行
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拡張クラスローダ
各クライアント・ホストで、通常のクラスを
ロードして実行
クラスのロード時
Pointcut をアスペクト・サーバに問い合わせ
クラス内の join point が pointcut で指定さ
れていれば、advice を呼び出すコードを
bytecode 変換でそこに埋め込む
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遠隔参照の実装
オブジェクトの遠隔参照を利用して、遠隔メソッ
ド呼び出しを実現
遠隔参照は Remote proxy パターンで実装
オブジェクトへの参照を遠隔参照に変換
指定された join point に制御の流れが到達したとき
Aspect.get メソッドによってアスペクトの参照を入
手したとき
アスペクトメソッドを呼び出すとき
遠隔参照がさすオブジェクトのメソッドを遠隔メソッド
呼び出ししたとき
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実行時ライブラリの性能測定実験
- Advice 呼び出しと JavaRMI
DJcutter は join point が存在するホストの情報等
を advice へ送る
同一
ホスト
遠隔
ホスト
DJcutter
1.3
2.3
JavaRMI
(0 引数)
0.7
1.4
JavaRMI
(1 引数)
1.3
2.3
実験に利用したマシンスペック
-Sun Blade 1000
-Sun Enterprise 450
ネットワーク
- 1000baseFX
Null advice/method の実行時間(msec.)
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関連研究
分散プログラム内の特定の非機能的な横断的
関心事をモジュール化
D 言語: 並列に動作するスレッド間の協調動作、遠
隔メソッド呼び出し
Addistant : オブジェクトの分散配置、遠隔参照の
実装
DJcutter
AspectJ と同様、汎用的な横断的関心事が扱える
分散している join point を１つのアスペクトの中で
取り扱える
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まとめ
2 種類の横断的関心事
異なるクラス間
異なるホスト間
DJcutter
Java 用のアスペクト指向言語
AspectJ ではうまくモジュール化しきれない異なる
ホスト間の横断的関心事をモジュール化する
遠隔ホスト上のプログラム内の join point を指定すること
が可能な pointcut 機構
分散化した observer パターンに有効
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今後の課題
DJcutter の実行速度を改良
Join point が同一ホスト上にある場合も、
advice は別プロセスで実行
多くの pointcut 機構をサポート
Join point をホストの情報で選択するため
の指定子は用意していない
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アスペクト記述
グループ図形エディタ内の横断的関心事
をモジュール化
アスペクト記述
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