JavaOne Tokyo 2012 JVM言語BOF プログラミング大会のベンチマークテーマ、JRuby発表。

1. JVM言語BoF プログラミング
テーマ: 赤黒木ベンチマーク
(JRuby担当)
日本JRubyユーザ会 中村浩士
@nahi nahi@ruby-lang.org
https://github.com/nahi

2. 赤黒木ベンチマークのポイント
JVM言語 × ロジックヘビーなプログラム
速度性能?
コードの読み易さ?
赤黒木は最近雑誌で紹介され、馴染みがあった
Groovy、Scala、JRubyで比較
さらにJava、Groovy++、CRubyも

3. 赤黒木とは
データ構造の一種: 平衡二分木（バランス木）
他の平衡二分木に比べ「ほどほど」のバランス
データ追加・削除後のバランス調整が楽
D B
B E A D
A C F C E
赤黒木 F
AVL木

4. レギュレーション: 連想配列RBTreeMap
詳細: http://bit.ly/RedBlackTreeBenchmark
RBTreeMapは以下のAPIを持つ。
put(String key, String value) => Object
keyに対してvalueを結びつける。keyにはStringの
同値性、順序性を期待できるものとする。
get(String key) => String
keyに対して割り当てられている値を返す。
型は各言語におけるString相当の型を扱えればよい。
マルチスレッドからアクセスされた場合の挙動は未定義。

5. レギュレーション: ベンチマーク取得方法
RBTreeMapをインスタンス化する。
用意したファイルを開き、全てを読み終わるまで以下を繰り返す。
ファイルから1行読み込み、key、value文字列を取り出す。
RBTreeMap#put(key, value)を呼ぶ。
再度同じファイルを開き、全てを読み終わるまで以下を繰り返す。
ファイルから1行読み込み、key、value文字列を取り出す。
RBTreeMap#get(key)がvalueと一致することを確認する。
上記全体の経過時間を5回計測し、中間3値の平均を取る。

6. 入力データ 改行"n"、区切り","、エスケープなし
簡易CSV。key、value、木の高さの3列。
aahenbi|jtbi,aahenbi|jtbi,1 ---
aabpta||_s`f,aabpta||_s`f,1
aaosi^t`sgd`,aaosi^t`sgd`,2 key,value,1[n]
aakzh_nisbdi,aakzh_nisbdi,2
aamppbpz|b|l,aamppbpz|b|l,2
key2,value2,1[n]
aaleu_dhypqh,aaleu_dhypqh,2 ...
aadlx`{tlvqs,aadlx`{tlvqs,2
aabta__zuda|,aabta__zuda|,3 keyn,valuen,11[n][EOF]
aaiga^hhtvh`,aaiga^hhtvh`,3
aacczbs^kgfl,aacczbs^kgfl,3
----
aacnpac_luj^,aacnpac_luj^,3
aakre^v|gmpy,aakre^v|gmpy,3
aamfb`_we|ap,aamfb`_we|ap,3
aaexv`mwfvyw,aaexv`mwfvyw,3
aaalj^ufcaza,aaalj^ufcaza,3
aaccnb_jxhhn,aaccnb_jxhhn,3
aagwmb`e^suk,aagwmb`e^suk,3
実際に利用したデータは
aafxpbwypsye,aafxpbwypsye,3 key==value、またkeyの
aakjlbqzvgpv,aakjlbqzvgpv,4
... hashCodeが全て同じ値。

7. ベンチマーク環境
CPU: Intel(R) Core(TM) i5 CPU M 540 @ 2.53GHz × 4
Memory: 2.25GB
OS: Ubuntu 11.10 64bit
（VMware workstationで動作、ホストはWindows 7 64bit）
Java: Java SE 7u3 Linux x64
java version "1.7.0_03"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.7.0_03-b04)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 22.1-b02, mixed
mode)

8. JRuby版ソースコード解説
赤黒木ベンチマーク
https://github.com/nahi/javaone2012-benchmark

9. class RBTreeMap
def initialize
def get(key)
ソースコード全体概略
def put(key, value) （全メソッド抽出）
class RBTree
attr_reader :key, :value
定義を含め全195行
attr_accessor :color, :left, :right
def initialize(key, value)
def make_as_root
def empty?
def red?
def black?
def retrieve(key)
def insert(key, value)
class EmptyTree < RBTree
def initialize
def empty?
def insert(key, value)
end
protected
def insert_rotate_left
def insert_rotate_right
def insert_color_flip
def swap_color(other)
private
def rotate_left
def rotate_right
def color_flip
end
end

10. class RBTreeMap
def initialize
def get(key) RBTreeMapのメソッド
def put(key, value)
class RBTree
attr_reader :key, :value
attr_accessor :color, :left, :right
def initialize(key, value)
def make_as_root
def empty?
def red?
def black?
def retrieve(key)
def insert(key, value)
class EmptyTree < RBTree
def initialize
def empty?
def insert(key, value)
end
protected
def insert_rotate_left
def insert_rotate_right
def insert_color_flip
def swap_color(other)
private
def rotate_left
def rotate_right
def color_flip
end
end

11. class RBTreeMap
def initialize
def get(key)
def put(key, value)
class RBTree
attr_reader :key, :value
attr_accessor :color, :left, :right RBTreeMapが内部利用
def initialize(key, value)
def make_as_root するRBTreeの定義
def empty?
def red?
def black?
def retrieve(key)
def insert(key, value)
class EmptyTree < RBTree
def initialize
def empty?
def insert(key, value)
end
protected
def insert_rotate_left
def insert_rotate_right
def insert_color_flip
def swap_color(other)
private
def rotate_left
def rotate_right
def color_flip
end
end

12. class RBTreeMap
def initialize
def get(key)
def put(key, value)
class RBTree
attr_reader :key, :value
attr_accessor :color, :left, :right
def initialize(key, value)
def make_as_root
def empty?
def red?
def black?
def retrieve(key)
def insert(key, value)
class EmptyTree < RBTree
def initialize
def empty? 木の末端（葉）にある
def insert(key, value)
end
「空」の定義
protected
def insert_rotate_left
def insert_rotate_right
def insert_color_flip
def swap_color(other)
private
def rotate_left
def rotate_right
def color_flip
end
end

13. class RBTreeMap
def initialize
def get(key)
def put(key, value)
class RBTree
attr_reader :key, :value
attr_accessor :color, :left, :right
def initialize(key, value)
def make_as_root
def empty?
def red?
def black?
def retrieve(key)
def insert(key, value)
class EmptyTree < RBTree
def initialize
def empty?
def insert(key, value)
end
protected
def insert_rotate_left
def insert_rotate_right
def insert_color_flip protected、privateの意味
def swap_color(other)
private がJavaと異なるのに注意
def rotate_left
def rotate_right
def color_flip
end
end

14. class RBTree
attr_reader :key, :value
attr_accessor :color, :left, :right getのみ、およびget/setの
def initialize(key, value) 簡易定義
@key, @value = key, value
@left = @right = EMPTY
# new node is added as RED
@color = :RED
end
def make_as_root
@color = :BLACK
end
def empty?
false
end
def red?
@color == :RED
end
def black?
@color == :BLACK
end

15. class RBTree
attr_reader :key, :value
attr_accessor :color, :left, :right
def initialize(key, value)
@key, @value = key, value
@left = @right = EMPTY
# new node is added as RED
@color = :RED
end
def make_as_root
@color = :BLACK
end
def empty?
false
end メソッド名末尾に?が使える
def red?
@color == :RED
end
def black?
@color == :BLACK
end

16. # returns new tree
def insert(key, value)
case key <=> @key 挿入は再帰で実装
when -1
@left = @left.insert(key,value)
when 0
@value = value
when 1
@right=@right.insert(key,value)
end
# Rebalance of LL red-black trees
insert_rotate_left.
insert_rotate_right.
insert_color_flip
end
# returns value
def retrieve(key)
ptr = self
while !ptr.empty?
case key <=> ptr.key
when -1
ptr = ptr.left
when 0
return ptr.value
when 1
ptr = ptr.right
end
end
nil
end

17. # returns new tree
def insert(key, value)
case key <=> @key
when -1
@left = @left.insert(key,value)
when 0
@value = value
when 1
@right=@right.insert(key,value)
end
# Rebalance of LL red-black trees
insert_rotate_left.
insert_rotate_right.
insert_color_flip
end
# returns value
def retrieve(key)
ptr = self 参照はループで実装
while !ptr.empty?
case key <=> ptr.key
when -1
ptr = ptr.left
when 0
return ptr.value
when 1
ptr = ptr.right
end
end
nil
end

18. class EmptyTree < RBTree
def initialize
@value = nil
@color = :BLACK
end
def empty?
true
end
# returns new_root
def insert(key, value)
RBTree.new(key, value)
末端への挿入により木が
end 大きくなる
def height
0
end
end
private_constant :EmptyTree
EMPTY = EmptyTree.new.freeze

19. # Do roate_left after insert if needed
def insert_rotate_left
if @left.black? and @right.red?
rotate_left
else
self
end
end
# Do rotate_right after insert if needed
def insert_rotate_right
if @left.red? and @left.left.red?
rotate_right
else
self
end リズムよく、山の形の
end 定義が連なる
# Do color_flip after insert if needed
def insert_color_flip
if @left.red? and @right.red?
color_flip
else
self
end
end
def swap_color(other)
@color, other.color = other.color, @color
end

20. # Right single rotation
#
# b d 手続き的な木の回転...
# / /
# a D -> B E
# / /
# c E a c
#
def rotate_left
root = @right
@right = root.left
root.left = self
root.swap_color(root.left)
root
end
# Left single rotation
#
# d b
# / /
# B e -> A D
# / /
# A c c e
#
def rotate_right
root = @left
@left = root.right
root.right = self
root.swap_color(root.right)
root
end

21. # Right single rotation
#
# b d
# / /
# a D -> B E
# / /
# c E a c
#
def rotate_left
root = @right
@right = root.left
root.left = self
root.swap_color(root.left)
root
end
# Left single rotation
#
# d b 逆方向もベタ書き...
# / /
# B e -> A D
# / /
# A c c e
#
def rotate_right
root = @left
@left = root.right
root.right = self
root.swap_color(root.right)
root
end

22. class RBTreeMap
class << self
alias newInstance new
end
def initialize
@root = RBTree::EMPTY
end
def get(key)
@root.retrieve(key)
end 赤黒木（RBTree）を使った
def put(key, value) 連想配列（RBTreeMap）
@root = @root.insert(key, value)
@root.make_as_root
value
end
def height
@root.height
end
end
※CRuby完全互換
https://github.com/nahi/javaone2012-benchmark

23. CRubyとの比較

24. JavaのHashMapとの比較