给 JVM 加上长程跳转、尾调用和元组

  • Geoffrey Wiseman
  • 高昂

2007 年 9 月 26 日

话题:Java函数式编程JVM语言 & 开发

John Rose 在今年夏季撰写了一系列文章,Charles Nutter称这些是“与 JVM 未来发展方向以及一系列新版 Java 潜在变化相关的令人兴奋的文章。”虽然 John 确实谈到对 Java 语言的影响,但文中的重点是虚拟机。这些改进对于在 JVM 中为其他语言提供支持来说都是非常重要的,包括函数性语言和动态语言在内。

在文章的开头,John Rose描述了长程跳转(longjump)特性(或称为非本地退出,non-local exit),这项特性使在 Java 语言中实现闭包成为可能。如果给异常处理机制加上预分配(如克隆)的跟踪栈,就有可能实现非本地退出,而不必为了流程控制支付高昂的异常处理的代价。如果实现得好,非本地退出的代价可以低于本地退出 / 返回(return)的 3 倍,并能够被优化成机器级的 goto 指令。在 Java 7 的一个版本中,就用了这种方法来优化 Object.clone() 的执行成本

接下来,John 阐述了JVM 中的尾调用(tail call):即以一种明确的方式来来压缩尾递归的能力(“硬尾调用”),或仅作为一种编译器最优化(“软尾调用”)。这篇文章引起了对实现方法和用途的热烈讨论,不过尾调用对 JVM 上的函数性语言(或具备某些函数性特征的语言)肯定有所帮助,也会有利于从invokedynamic (JSR-292)得益的动态语言:

尾调用也会影响到 invokedynamic。硬尾调用让你在实现动态调用上有更多的选择:你可以转向到一段负责派发的分支例程,该例程随后会以尾调用返回到正常的例程上。(实际上,这就是 java.lang.reflect.Method.invoke 目前的工作原理,至少在返回值没有被装箱的情况下是如此。)因为 Scheme 是一种动态语言,所以尾调用与 JSR 292 有一点关系。

最后,John 谈到了元组(Tuple)。他翻出了早在 2004 年就提出的一个提议,里面描述了“纯粹的”元组类型(简单元组)和具备元组语义的值类(value class),这种值类不需要记得它的类型身份(即成为标记元组,tagged tuples)。元组也意味着支持具有多个返回值的方法。再一次,重点在于 JVM 而不是 Java 语言是很清楚的:

加上了元组特性的语言,很可能会在一组具有类型的值,以及指向这些值所在堆对象的引用之间提供规范的翻译。比方说,每个值类很可能都有一个构造器,其参数签名就是相应的标记元组。元组很可能被实现成堆中的固定长度的对象数组,或者是不可变的泛型工具类(generic immutable utility class),里面包含着装箱后的基本类型值成员(就像 varargs 中一样)。

这篇文章的讨论也一样很热烈,John 在讨论中回应说:

实际上在 Java 语言中加入值类会遇到困难的设计问题,正如你清楚指出的那样。我写此文的意图是指出,在 JVM 中添加元组是非常简单的,并且不需要解决语言设计方面的问题。

你对这些提议有没有共鸣呢?你是更想看到 JVM 增加对其他语言的支持,还是 Java 语言的演进?还是说这两个目标并没有冲突?InfoQ会继续跟踪这些主题的最新发展。

看英文原文:Longjumps, Tailcalls, Tuples for the JVM

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