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# Phase 11.5a: Write Barrier除去によるGC最適化
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## 🎯 目標
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JITコンパイル時にescape analysisを行い、不要なwrite barrierを除去してGC性能を大幅に向上させる。
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## 📊 現状の問題
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### 現在のVM実装
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```rust
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// すべてのrefset操作でbarrierが呼ばれる
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pub fn execute_ref_set(&mut self, reference: ValueId, field: &str, value: ValueId)
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-> Result<ControlFlow, VMError> {
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// ... 値の設定 ...
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// 常にwrite barrierが実行される
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gc_write_barrier_site(&self.runtime, "RefSet");
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Ok(ControlFlow::Continue)
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}
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```
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### オーバーヘッド
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- 単純な代入でも毎回barrier呼び出し
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- Stack上のローカル変数でも不要にbarrier
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- ループ内での大量のbarrier呼び出し
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## 🚀 実装計画
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### Step 1: Escape Analysis基盤
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```rust
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// mir/escape_analysis.rs
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pub struct EscapeAnalysis {
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// allocation site追跡
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allocations: HashMap<ValueId, AllocInfo>,
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// escape状態
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escapes: HashSet<ValueId>,
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// 解析結果キャッシュ
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cache: HashMap<FunctionId, EscapeInfo>,
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}
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#[derive(Debug)]
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struct AllocInfo {
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location: BasicBlockId,
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kind: AllocKind,
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size: Option<usize>,
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}
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enum AllocKind {
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NewBox, // new StringBox()
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ArrayNew, // []
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RefNew, // ユーザー定義Box
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}
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```
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### Step 2: MIR解析
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```rust
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impl EscapeAnalysis {
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/// 関数内でのescape解析
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pub fn analyze_function(&mut self, func: &MirFunction) -> EscapeInfo {
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// 1. allocation site収集
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for (bb_id, bb) in &func.basic_blocks {
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for inst in &bb.instructions {
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match inst {
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MirInstruction::NewBox { dst, .. } |
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MirInstruction::ArrayNew { dst, .. } |
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MirInstruction::RefNew { dst, .. } => {
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self.allocations.insert(*dst, AllocInfo {
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location: bb_id,
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kind: self.classify_alloc(inst),
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size: self.estimate_size(inst),
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});
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}
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_ => {}
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}
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}
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}
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// 2. escape point検出
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self.find_escape_points(func);
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// 3. 結果集計
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EscapeInfo {
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non_escaping: self.collect_non_escaping(),
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barrier_sites: self.collect_barrier_sites(),
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}
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}
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fn find_escape_points(&mut self, func: &MirFunction) {
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// return文でのescape
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// 関数引数としてのescape
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// グローバル変数へのescape
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// プラグイン呼び出しでのescape
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}
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}
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```
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### Step 3: JIT統合
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```rust
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// jit/lower/builder.rs
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impl<'a> LoweringBuilder<'a> {
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fn emit_ref_set(&mut self, reference: Value, field: &str, value: Value) {
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// escape解析結果を確認
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let needs_barrier = self.escape_info
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.map(|info| info.needs_barrier(reference))
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.unwrap_or(true); // 解析なしなら保守的にbarrier
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if needs_barrier {
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// barrierあり
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self.emit_gc_barrier(BarrierKind::Write);
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} else {
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// barrier除去！
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if self.config.trace_opt {
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eprintln!("[JIT] barrier removed at {:?}", self.current_location());
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}
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}
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// 実際のstore操作
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self.emit_store(reference, field, value);
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}
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}
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```
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### Step 4: 最適化レベル設定
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```rust
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// 環境変数で制御
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NYASH_JIT_ESCAPE_ANALYSIS=1 # escape analysis有効化
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NYASH_JIT_BARRIER_OPT=1 # barrier最適化有効化
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NYASH_JIT_BARRIER_STATS=1 # 統計出力
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```
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## 📈 期待される効果
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### ベンチマーク例
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```nyash
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// 大量のローカル変数操作
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function processData(n) {
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local sum = 0
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local temp = new MapBox()
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loop(i < n) {
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temp.set(i, i * 2) // escape analysisでbarrier除去
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sum = sum + temp.get(i)
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i = i + 1
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}
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return sum
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}
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```
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### 性能改善予測
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- ローカル変数操作: 90%以上のbarrier除去
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- ループ内操作: 80%以上の高速化
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- 全体的なGCオーバーヘッド: 50%削減
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## 🔍 検証方法
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### 1. Barrier統計
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```json
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{
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"total_barriers": 10000,
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"removed_barriers": 8500,
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"removal_rate": 0.85,
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"sites": {
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"RefSet": { "total": 5000, "removed": 4800 },
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"ArraySet": { "total": 3000, "removed": 2500 },
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"MapSet": { "total": 2000, "removed": 1200 }
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}
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}
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```
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### 2. 性能測定
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```bash
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# barrier最適化なし
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NYASH_JIT_ESCAPE_ANALYSIS=0 ./target/release/nyash --benchmark
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# barrier最適化あり
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NYASH_JIT_ESCAPE_ANALYSIS=1 ./target/release/nyash --benchmark
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```
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## 🚧 実装上の注意点
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1. **保守的な解析**
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- 不明な場合は必ずbarrierを残す
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- プラグイン境界では常にbarrier
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2. **デバッグ性**
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- 除去したbarrierサイトを記録
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- GCエラー時の診断情報
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3. **段階的実装**
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- まずローカル変数のみ
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- 次にループ不変式
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- 最後に関数間解析
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## 🎉 完了基準
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- [ ] Escape analysis基本実装
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- [ ] MIR解析パス追加
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- [ ] JIT統合
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- [ ] ベンチマーク50%改善
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- [ ] ドキュメント更新 |