Java 9で静的VarHandleを作成する方法をわかりやすく解説

VarHandleとは

VarHandleは、変数への参照を表すオブジェクトで、通常の読み書き（plain）、揮発性の読み書き（volatile）、コンペア・アンド・スワップ（CAS）といったさまざまなアクセスモードで変数へアクセスする機能を提供します。この仕組みは、java.util.concurrent.atomicパッケージやsun.misc.Unsafeが従来提供していた機能とよく似ています。

VarHandleの操作対象となるのは、配列の要素、クラスのインスタンスフィールド、あるいはstaticフィールドです。

静的VarHandleの作成例

次の例では、staticフィールドへのVarHandleと、配列要素へのVarHandleを作成し、それぞれに対してアトミックな操作を実行しています。

import java.lang.invoke.MethodHandles;
import java.lang.invoke.VarHandle;

public class StaticVarHandleTest {
   static int field;
   static int[] array = new int[20];
   static final VarHandle FIELD, ARRAY;
   static {
      try {
         FIELD = MethodHandles.lookup().in(StaticVarHandleTest.class).findStaticVarHandle(StaticVarHandleTest.class, "field", Integer.TYPE);
         ARRAY = MethodHandles.arrayElementVarHandle(int[].class);
      } catch(Exception e) {
         throw new InternalError(e);
      }
   }
   public static void main(String args[]) throws Exception {
      int i = (int)FIELD.getVolatile();
      System.out.println(i);
      FIELD.getAndAdd(5);
      System.out.println(field);
      System.out.println(ARRAY.getAndAdd(array, 5, 5));
      System.out.println(ARRAY.getAndAdd(array, 5, 5));
   }
}

実行結果

0
5
0
5

コードのポイント

• MethodHandles.lookup().in(...)：ルックアップオブジェクトを特定のクラスに限定し、アクセス権を管理します。
• findStaticVarHandle()：指定したクラスのstaticフィールドへのVarHandleを取得します。
• arrayElementVarHandle()：配列の各要素にアクセスするためのVarHandleを作成します。
• getVolatile()／getAndAdd()：volatileセマンティクスによる読み取りや、アトミックな加算処理を行います。

実行結果を見ると、まずFIELD.getVolatile()で初期値「0」を読み取り、getAndAdd(5)によってfieldが「5」に更新されています。続くARRAY.getAndAdd(array, 5, 5)は、インデックス5の要素を更新すると同時に更新前の値を返すため、1回目は「0」、2回目は「5」が出力されます。このようにVarHandleを使うことで、Unsafeを直接使わずに安全かつ標準的なAPIで低レベルなアトミック操作を実現できます。