35. JVM の起動とクラスロード、JIT

Hello を実行すると、は必要なを読み込みます()。 25 でログを出すと 609 行あり、自分の Hello は 401 行目でした。その前の 400 個は String などです。Hello の後にも、文字列の連結に使う StringConcatFactory などが、使う段になってから読み込まれていました。

読み込んだはまず解釈しながら実行され、よく通る箇所はが実行中にへ置き換えます。Rust が先に機械語を作るのに対し、Java は走りながら作ります。JDK 25 とこの機械で同じ計算を 2000 ラウンド回した実測(3回)では、1ラウンド目が 689〜1176 マイクロ秒、後半の中央値は 69 でした。下のコードは回数を減らした別のプログラムで、数値は環境ごとに変わります。

起動時間の実測です( の上、各10回を2巡し、各巡の1回目は除く)。java Hello は 14〜17 ミリ秒、node hello.js は 10〜12 ミリ秒です。Rust は 0.7〜2.0 ミリ秒(外れ値が1回)で、何もしないプロセスとほぼ区別できません。Hello の規模では JVM と Node の差は数ミリ秒で、JVM 一般の速さは言えません。アプリの起動は後のレッスンで扱います。

点線の付いた語はタップすると説明が出ます。用語集を開く →

java Hello で起きること(JDK 25 の実測)

java HelloJVM のプロセスが起動する

クラスロード

JDK 自身のクラスこの実測では先に 400 個。大半は共有アーカイブから取り込む

401 番目

Hello を読み込み、main を呼ぶ場所は file:/w/(クラスパス上のディレクトリ)

実行

インタプリタバイトコードを解釈して実行

JIT コンパイラよく通る箇所を実行中に機械語へ

・609 行・401 行目は、この Hello を JDK 25.0.4.1 の既定オプションで動かしたときの値です。JDK 22 では同じ Hello で 531 行でした
・JVM の仕様は機械語へ訳すかどうかを実装に任せています。ここでの JIT は、Temurin が採用している HotSpot という実装の動きです
・java マニュアル(JDK 25)は既定の動作を「Executes all bytecode by the interpreter except for hot methods, which are compiled to native code.」と説明しています。-Xint で解釈実行だけにすると、同じ実測は最後まで約 600 マイクロ秒のままでした
・共有アーカイブ(CDS)を切ると(-Xshare:off)、起動は各巡の1回目を除いて 30〜34 ミリ秒になり、既定の約2倍でした

▶ サンプルコードを実行してみよう(自由に書き換えてOK)

Java

// 数値は実行のたびに変わる。1ラウンド目と後半の差に注目する
class Main {
    // 1ラウンド = 整数計算を10万回くり返す。毎回まったく同じ仕事量
    static long work(int seed) {
        long h = seed;
        for (int i = 0; i < 100_000; i++) {
            h = h * 31 + (i ^ (h >>> 7));
        }
        return h;
    }

    public static void main(String[] args) {
        int rounds = 1000;
        long[] micros = new long[rounds];
        long sink = 0;
        for (int r = 0; r < rounds; r++) {
            long t0 = System.nanoTime();                  // 開始時刻(ナノ秒)
            sink += work(r);
            micros[r] = (System.nanoTime() - t0) / 1000;  // かかった時間(マイクロ秒)
        }
        System.out.println("time per round (microseconds), same method, same work:");
        for (int r : new int[] {1, 2, 3, 10, 100, 1000}) {
            System.out.println("  round " + r + ": " + micros[r - 1]);
        }
        // 後半500ラウンドの中央値 = 落ち着いたあとの速さ
        long[] tail = java.util.Arrays.copyOfRange(micros, 500, 1000);
        java.util.Arrays.sort(tail);
        System.out.println("median of rounds 501-1000: " + tail[250]);
        System.out.println("checksum: " + sink);
    }
}

// 数値は実行のたびに変わる。1ラウンド目と後半の差に注目する
class Main {
    // 1ラウンド = 整数計算を10万回くり返す。毎回まったく同じ仕事量
    static long work(int seed) {
        long h = seed;
        for (int i = 0; i < 100_000; i++) {
            h = h * 31 + (i ^ (h >>> 7));
        }
        return h;
    }

public static void main(String[] args) {
        int rounds = 1000;
        long[] micros = new long[rounds];
        long sink = 0;
        for (int r = 0; r < rounds; r++) {
            long t0 = System.nanoTime();                  // 開始時刻(ナノ秒)
            sink += work(r);
            micros[r] = (System.nanoTime() - t0) / 1000;  // かかった時間(マイクロ秒)
        }
        System.out.println("time per round (microseconds), same method, same work:");
        for (int r : new int[] {1, 2, 3, 10, 100, 1000}) {
            System.out.println("  round " + r + ": " + micros[r - 1]);
        }
        // 後半500ラウンドの中央値 = 落ち着いたあとの速さ
        long[] tail = java.util.Arrays.copyOfRange(micros, 500, 1000);
        java.util.Arrays.sort(tail);
        System.out.println("median of rounds 501-1000: " + tail[250]);
        System.out.println("checksum: " + sink);
    }
}

図やコードに出てくる用語(タップで説明)

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学んだ概念を、素朴な例から実務寄りの例まで5つの具体例で確認します。

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