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| 利用可能 | アスペクトC++、アスペクトJ |
|---|---|
| タイプ | アスペクト指向プログラミング |
アスペクトウィーバーは、アスペクト(プログラム内の重要な概念の独立した表現)によって指定された命令を受け取り、最終的な実装コードを生成するように設計された、アスペクト指向言語のメタプログラミングユーティリティです。ウィーバーは、コンパイル前の手順として、ソフトウェアによって指定された場所にアスペクトを統合します。アスペクトとクラス(プログラム内のエンティティの構造の表現) をマージすることにより、ウィーバーは織り込まれたクラスを生成します。
アスペクト ウィーバーは、ポイントカットとジョイン ポイントを使用して指定されたアドバイスと呼ばれる指示を受け取ります。これは、アスペクト コードで処理するメソッドを示す特別なコード セグメントです。次に、アスペクトの実装によって、関連するコードを関連するメソッドの前、後、または全体に追加するかどうかが指定されます。これにより、アスペクト ウィーバーはモジュール性を向上させ、さまざまな無関係なクラスに散在していたコードを 1 か所にまとめます。
モチベーション
多くのプログラミング言語はすでに広く受け入れられ、理解されています。しかし、新しい技術の採用に伴うビジネス関連のリスクのため、アスペクト指向プログラミングパラダイムをサポートするために根本的に異なるプログラミング言語を作成するという大きな要望はありません。 [1]まったく新しい言語の使用は、企業が新しい開発者を獲得する能力に依存します。さらに、企業の既存のコードベースを破棄する必要があります。最後に、企業は開発のために新しいツールチェーン（ツールスイート）を取得する必要があり、これは多くの場合、費用と時間の両方で高価です。[2]新しい技術の採用ロードマップに関する主な懸念には、新しい開発者をトレーニングし、既存のプロセスを新しい技術に適応させる必要があることが含まれます。[3]
これらのビジネス上の懸念に対処するために、アスペクト ウィーバーは、既存のツールで動作するAspectJなどの小さな適応を通じて、Javaなどの広く採用されている言語をアスペクト指向プログラミングで使用できるようにします。 [4]アスペクト ウィーバーは、まったく新しい言語を開発する代わりに、AspectJ によって定義された拡張機能を解釈し、既存の Java コンパイラで使用できる「織り込まれた」Java コードを構築します。これにより、既存のオブジェクト指向コードは有効なアスペクト指向コードのままになり、開発はオブジェクト指向言語の自然な拡張のように感じられるようになります。[5] AspectC ++プログラミング言語は、アスペクト ウィーバーを使用してC++ を拡張し、アスペクト指向プログラミングの利点を維持しながら、組み込みシステムに必要なAspectJ を超える効率性を提供します。[6]
実装
アスペクトウィーバーは、アスペクトによって指定された指示（アドバイスと呼ばれる）を受け取り、それをプログラム内のさまざまなクラスに自動的に配布することによって動作します。ウィービングプロセスの結果は、元のクラスと同じ名前を持つクラスのセットですが、クラスの関数に自動的に挿入された追加のコードが含まれます。アドバイスは、挿入されたコードの正確な場所と機能を指定します。[7]
この織り込みプロセスを通じて、アスペクトウィーバーは、そうでなければクラス間で重複していたであろうコードを可能にします。この重複を排除することで、アスペクトウィーバーは横断的関心事のモジュール化を促進します。[8]アスペクトは、そうでなければ重複していたであろう実装コードを定義し、ポイントカットとジョインポイントを使用してアドバイスを定義します。織り込み中、アスペクトウィーバーはポイントカットとジョインポイント（ポイントカット指定子と呼ばれる）を使用して、実装を注入する候補クラスの位置を特定します。[9]次に、特定されたポイントで実装がクラスに注入され、プログラマによる手動の複製に頼ることなく、適切なタイミングでコードを実行できるようになります。[10]
AspectJ での織り
プログラミング言語 AspectJでは、ポイントカット、ジョインポイント、モジュール化されたコードは、 Java クラスと同様のアスペクトブロックで定義されます。クラスはJava構文を使用して定義されます。織り込みプロセスは、アスペクトアドバイスを実行して、アスペクト実装コードが織り込まれた生成クラスのセットのみを生成することから構成されます。[11]
右の例は、すべてのメソッドの入口と出口を記録するアスペクトの潜在的な実装を示しています。アスペクトウィーバーがなければ、この機能はクラス内でメソッドごとにコードを複製する必要があります。代わりに、入口と出口のコードはアスペクト内でのみ定義されます。[12]
アスペクトウィーバーは、アスペクトのポイントカットで指定されたアドバイスを分析し、そのアドバイスを使用して、定義されたクラスに実装コードを配布します。メソッドの要件がわずかに異なるため（メソッド識別子が変更されているため）、コードはメソッドごとにわずかに異なります。アスペクトウィーバーは、実装アドバイスで定義された各状況で生成する適切なコードを決定し、指定されたポイントカットに一致するメソッドに挿入します。[13]
バイトコードへの織り込み
一部のAspectJウィーバーは、織り込まれたソースコードのセットを生成する代わりに、アスペクトとクラスを直接バイトコードに織り込み、アスペクトウィーバーとコンパイラの両方の役割を果たします。[14] [15]コンパイルプロセスも実行するアスペクトウィーバーのパフォーマンスには、織り込みプロセスが含まれるため、より多くの計算時間が必要になることが予想されます。ただし、バイトコードの織り込みプロセスは、コンパイルされた織り込みソースで通常達成されるものよりも効率的なランタイムコードを生成します。
実行時のウィービング
AspectJ の開発により、アスペクト指向コードの実行にジャストインタイムコンパイルを組み込んでパフォーマンスの要求に対応できる可能性が明らかになりました。 [16]実行時に、アスペクトウィーバーは、従来の静的ウィービングアプローチよりも効率的にアスペクトを変換できます。Java仮想マシンで AspectJ を使用すると、実行時にアスペクトを動的にウィービングすることで、コードパフォーマンスが 26% 向上することが示されています。[17]ジャストインタイム仮想マシンの実装の中には、新しい仮想マシンを通じてこの機能を実装するものもあれば、現在の仮想マシンに既に存在する機能を使用するように設計できるものもあります。[18] [19]新しい仮想マシンの要件は、AspectJ の当初の設計目標の 1 つに反しています。[5]
ジャストインタイムのウィービングを実現するには、コンパイルされたバイトコードを実行する仮想マシンに変更を加える必要がある。AspectJ の提案されたソリューションは、既存の Java 仮想マシンを基盤として、動的アスペクト指向プログラミング エンジンにジョイン ポイント管理とコールバックのサポートを追加する階層化アプローチを採用している。[19]別の実装では、ブレークポイントを使用してポイントカットで実行を停止し、適切なメソッドを選択してアプリケーションに埋め込み、続行するウィービング エンジンを使用している。 [ 20]この方法でブレークポイントを使用すると、コンテキスト スイッチの数が非常に多くなり、パフォーマンスが低下することがわかっている。[17]
パフォーマンス
アスペクトウィーバーのパフォーマンス、およびそれらが生成するコードのパフォーマンスは、分析の対象となっています。アスペクトウィービングによって提供されるモジュール性の向上が実行時のパフォーマンスに影響を与えないことが望ましいです。アスペクトウィーバーは、アスペクト固有の最適化を実行できます。[21]アスペクトコードから未使用の特殊変数を削除するなどの従来の最適化はコンパイル時に実行できますが、一部の最適化はアスペクトウィーバーでのみ実行できます。たとえば、AspectJ には、thisJoinPointこの特定の織り込まれたコードのインスタンスの情報を含む と、thisJoinPointStaticPartそのアドバイスセットに関連するコードのすべてのインスタンスに共通する情報を含む という、類似しているが異なる 2 つのキーワードが含まれています。thisJoinPointより効率的で静的なキーワードに置き換える最適化はthisJoinPointStaticPart、アスペクトウィーバーでのみ実行できます。この置き換えを実行することで、織り込まれたプログラムは、実行のたびにジョインポイントオブジェクトを作成しなくなります。[14]研究によると、AspectJで結合ポイントオブジェクトを不必要に作成すると、実行時に5%のパフォーマンスオーバーヘッドが発生する可能性がありますが、このオブジェクトが作成されない場合はパフォーマンスの低下は約1%にとどまります。[22]
アスペクトウィーバーのコンパイル時のパフォーマンスは、指定されたポイントカットに一致するメソッドを見つけるために追加の作業が必要になるため、従来のコンパイラよりも一般的に劣ります。ある調査によると、AspectJコンパイラajcは、Sun Microsystems Java 1.3コンパイラよりも約34％遅く、 Java 1.4コンパイラよりも約62％遅いことがわかりました。[23]
参照
参考文献
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文献
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さらに読む
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