豊富な情報を基にした pointcut を記述できるアスペクト指向言語

Feb. 6, 2004 2003 年度修士論文発表会 1

豊富な情報を基にした pointcut を記述できるアスペクト指向言語

東京工業大学大学院情報理工学研究科数理・計算科学専攻千葉研究室

02M37220 　中川清志


アスペクト指向 (AOP)

オブジェクト指向の限界ある種の処理は複数クラスに散らばるロギング，同期，永続性などの処理

アスペクト指向の利点そのような処理をアスペクトとしてモジュール化クラスとアスペクトは分離して記述オブジェクト指向を補完


AOP の目標：図形エディタの例

目標：「図形の外観変化を起こすメソッド」の後に Screen を更新したい図形クラスから Screen 更新命令

最終的には図形クラス内の　 draw() メソッドが呼ばれる Point

getX()getY()setX(int)setY(int)move(int,int)draw()

Line

getP1()getP2()setP1(Point)setP2(Point)move(int,int)draw()

FigureElement

draw()

int x, y Point p1, p2

これらのメソッドの最後にはScreen を更新するコードが必要

Screen


AOP の目標：図形エディタの例「従来の方法では」更新のための命令が

各クラス、メソッドに散らばってしまう保守性・再利用性が悪い

Point


Line


FigureElement

draw()

int x, y Point p1, p2void setX(int newX) { x = newX;

}

void move(int dx, int dy) { x += dx; y += dy;

}

void setP1(Point newP) { p1 = newP;

}

void move(int dx, int dy) { p1.move(dx, dy); p2.move(dx, dy);

}

screen.update();

screen.update();

screen.update();

screen.update();


AOP の目標：図形エディタの例「 AOP では」更新のための命令

を分離して記述

処理系 weaver により合成

Point


Line


FigureElement

draw()


screen.update();アスペクト：　これらのメソッドの　最後には　 screen.update() を　実行せよ


}


}

void setX(int newX) { x = newX;

}


}

screen.update();

screen.update();

screen.update();

screen.update();


AOP の目標：図形エディタの例「 AOP では」更新のための命令

を分離して記述

処理系 weaver により合成

Point


Line


FigureElement

draw()


screen.update();アスペクト：　これらのメソッドの　最後には　 screen.update() を　実行せよ

weaverweaver


}


}

void setX(int newX) { x = newX;

}


}

screen.update();

screen.update();

screen.update();

screen.update();

「どこに合成したいか？」をどのように指示するかが問題！！

「どこに合成したいか？」をどのように指示するかが問題！！


AspectJ* における合成箇所の指定方法の問題点コードを挿入するメソッドを

全て書き並べる必要あり

しかし、保守性・再利用性が悪い見落とす可能性がある

例えば Line.rotate(..) というメソッドメソッドの追加、

名前変更などに弱い

Point


Line


FigureElement

draw()


call(void Point.set ＊ (int))|| call(void Point.move ＊ (..))|| call(void Line.set ＊ (Point))|| call(void Line.move ＊ (..))

* Kiczales 等 ECOOP1997


必要とされる合成箇所の指定方法深い情報を基にして、コードを挿入

するメソッドを指定したい

メソッド名を書き並べなくてもよい

Point


Line


FigureElement

draw()


「“ draw” メソッドの中で読み込まれるフィールドのどれか」をそのボディ中で更新するような、“ Point” クラス内の全てのメソッド

つまりは赤い枠内のメソッド


pointcut の記述力が高いAOP 言語 Josh きめ細かい「どこに合成するか (pointcut) 」

の指示が可能 pointcut 記述言語の拡張

Java で拡張リフレクションの使用

Javassist[Chiba00] を使用

汎用的な「何を合成するか」の記述合成箇所の情報を利用したインタータイプ宣言本発表は、前者の「 pointcut 」についてのみ説

明する


プログラム

pointcut のメカニズム

アスペクトの合成場所の指定言い換え：

joinpoint ( 実行点 ) の選別作業条件と対象 joinpoint のペア

例：「 setX という名前の」

メソッド呼び出し「 Line クラスの」フィールド参照対象 joinpoint

条件：名前が setX

joinpoint メソッド呼び出しフィールド参照インスタンス生成 etc.

pointcut

この箇所にアスペクト合成決定！！


pointcut の記述方法

pointcut 指定子を使い記述指定子は、対象 joinpoint と選別方針を持つ

例： call (“void ＊ .setX(..)”) 「 void 型の“ setX” で引数とクラス名は任意」とい

うメソッド呼び出しを指定 call は pointcut 指定子で、メソッド呼び出しが対象カッコ内は条件


Josh が提供する強力な pointcut の原理 pointcut 指定子をユーザが新たに Java で定義

可能 joinpoint の選別方針を Java で定義

従来は言語組み込みの指定子のみ使用可

joinpoint を Java のオブジェクトで表現して公開その joinpoint の情報を得るメソッドを提供

リフレクションを使い豊富な情報を入手


pointcut 指定子 boolean 型メソッド pointcut 指定子を boolean 型のメソッド呼び出しへ変換

新たに boolean メソッドを定義すれば指定子として使用可能

before : call (“void Point.setX()”) { /* アドバイスボディ */ }

if ( call( jp, “void Point.setX()”, jc)) { /* アドバイスボディ挿入 */ }

コード変換器

jp : Java で表現された　　 joinpoint のオブジェクト

jc : joinpoint に　　関連する情報を持つ

アドバイスボディとは指定された箇所で実行されるコード断片


新たな pointcut 指定子の定義例(1/2)[ 引数の決まりごと ]例： simpleCall という

pointcut 指定子を定義第一引数で対象とする

joinpoint を指定ここではメソッド呼び出し

String の配列で、条件を受け取る args[0] = “setX”

JoshContext は有用な情報を保持

static boolean simpleCall (MethodCall m,String[] args, JoshContext jc) { String name1 = m.getMethodName(); String name2 = args[0]; return name1.equals(name2);}

使用例：　 simpleCall(“setX”)

内容：メソッド呼び出しの中で、メソッド名が“ setX” というものを選別する


新たな pointcut 指定子の定義例(2/2)[ボディの記述 ] name1 :

このメソッド呼び出し joinpointにおいて、呼び出されたメソッド (callee) の名前 joinpointオブジェクト

から入手 name2 :

この例ではname2 = “setX”

name1 と name2 が一致したら真を返す

static boolean simpleCall (MethodCall m,String[] args, JoshContext jc) { String name1 = m.getMethodName(); String name2 = args[0]; return name1.equals(name2);}

使用例：　 simpleCall(“setX”)

内容：メソッド呼び出しの中で、メソッド名が“ setX” というものを選別する


複雑な pointcut 指定子の定義例[図形エディタ問題の解決 ]

updater 指定子を定義

図形エディタの問題を解決リフレクションの使用

より深い情報を得られる

static boolean updater(MethodCall mc, String[] args, JoshContext jc) { CtClass root = jc.getCtClass(args[0]); String mname = args[1]; Hashtable fields = enumerateFields(root, mname); CtMethod mth = mc.getMethod(); mth.instrument(new ExprEditor() { public void edit(FieldAccess expr) { String name = expr.getFieldName(); if (expr.isWriter() && fields.get(name) == expr.getCtClass()) return true; } return false;}

内容：「 draw メソッドで読み込まれるフィールドを更新する」メソッド呼び出しを選別する

使用例： updater(“Point”, “draw”)


Josh 処理系の全体図

コード変換器

.josh独自言語で書いたアスペクト

.classpointcut 指定子の定義pointcut の使用 & アドバイス

.classアスペクト埋め込みのターゲット

.classアスペクトとクラスの両方の機能

weaverweaver


比較実験

実験内容 Josh と AspectJ の性能比較

weave時間 weave済みプログラムの実行時間

実験環境 SunBlade1000 UltraSPARC-III 750MHzX2, Memory 1GB Solaris8 Sun JDK 1.4.0_01, AspectJ 1.1b2


実験 (1) weave 対象： XML解析器 Xerces アスペクト：全ての public メソッド呼び出しの

前にカウンタをいれる結果

Josh の方が weave 時間は少ないが実行時オーバヘッドがある

コード長が大きくなっているアドバイスをインライン展開しているため

コンパイル＋weave( 秒 )

実行 ( ミリ秒 )

コード長(KB)

オリジナル 36.2(javac のみ )

408 1928

Josh 77.7(69%) 1106(130%) 4269(153%)

AspectJ 112 881 2787


実験 (2)

0

10

20

30

40

Euler Molecular Monte Carlo RayTracer Search

weave 対象： JavaGrande ベンチマークプログラムアスペクト：あるクラスのオブジェクトを対象とした

メソッド呼び出しの前にカウンタをいれる結果

先ほどと同様に、 Josh は weave 時間が少ないが実行時オーバヘッドがある

AspectJ は最適化に力をいれているため

0

2

4

6

8

10

[ 秒 ]　 Josh　 AspectJ

JavaGrande ベンチマークの種類

weave 時間

実行時間

[ 秒 ]


関連研究

アスペクト指向言語 AspectJ Hyper/J Composition Filters

pointcut の拡張 pointcut を論理型言語で記述

Brichau 等 [GPCE2002] Gybels 等 [AOSD2003]


まとめ

アスペクト指向言語 Josh を提案 [AOSD2004] pointcut に関して高い記述力を持つ

pointcut 指定子を新たに Java で定義できる複雑な pointcut が可能

汎用的な指定子は組み込みで与える複雑なものだけを自分で定義すればよい

Josh の性能を AspectJ と比較コンパイル時間は少ないが、

実行時のオーバヘッド有り

豊富な情報を基にした pointcut を記述できるアスペクト指向言語

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