11-GraalVM元原生时代的Java虚拟机

文章目录

GraalVM诞生的背景
- Java在微服务/云原生时代的困境
- - 事实
  - 矛盾
- 问题根源
- - Java离不开虚拟机
- 解决方案
- - 革命派
  - 保守派
GraalVM入门
GraalVM特征
GraalVM下载和安装
- GraalVM下载
- win10安装及配置
- linux安装及配置
GraalVM初体验(Linux)
多语言开发(了解即可、官网有Demo)
- GraalCompiler
- Graal 和 C2 的区别
- GraalVM与SpringBoot

GraalVM诞生的背景

Java在微服务/云原生时代的困境

事实

Java总体上是面向大规模、长时间的服务端应用而设计的。
严(luō)谨(suō)的语法利于约束所有人写出较一致的代码，利于软件规模的提升；
但是像即时编译器(JIT)、性能优化、垃圾回收等有代表性的特征都是面向程序长时间运行设计的，需要一段时间来达到最佳性能，才能享受硬件规模提升带来的红利。

矛盾

在微服务的背景下，提倡服务围绕业务能力构建，不再追求实现上的严谨一致；
1、单个微服务就不再需要再面对数十、数百GB乃至TB的内存；
2、有了高可用的服务集群，也无须追求单个服务要7×24小时不可间断地运行，它们随时可以中断和更新。
所以微服务对应用的容器化（Docker）亲和度（包容量、内存消耗等）、启动速度、达到最高性能的时间等方面提出了新的要求，这些恰恰是Java的弱项。
比如：现在启动一个微服务项目（Docker运行6个子服务），动不动就1分钟，如下图：
在这里插入图片描述

问题根源

Java离不开虚拟机

所以Java应用启动的时候，必须要启动虚拟机，进行类加载，无论是启动时间，还是占用空间都不是最优解

解决方案

革命派

直接革掉Java和Java生态的性命，创造新世界，譬如Golang

保守派

尽可能保留原有主流Java生态和技术资产，在原有的Java生态上做改进，朝着微服务、云原生环境靠拢、适应。其中最大的技术运用就是GraalVM！

GraalVM入门

GraalVM 是一个高性能 JDK 发行版，旨在加速用Java和其他JVM语言编写的应用程序的执行，并支持 JavaScript、Ruby、Python 和许多其他流行语言（翻译自官网 https://www.graalvm.org/）
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GraalVM想成为一统天下的“最终”虚拟机！而GraalVM要做到原因也很简单：
大部分脚本语言或者有动态特效的语言都需要一个语言虚拟机运行，比如CPython，Lua，Erlang，Java，Ruby，R，JS，PHP，Perl，APL等等，但是这些语言的虚拟机水平很烂，比如CPython的VM就不忍直视，而HotSpotVM是虚拟机的大神级别，如果能用上HotSpot，能用上顶级的即时编译器(JIT)、性能优化、垃圾回收等技术，岂不爽歪歪！

GraalVM特征

GraalVM是一款高性能的可嵌入式多语言虚拟机，它能运行不同的编程语言

基于JVM的语言，比如Java, Scala, Kotlin和Groovy
解释型语言，比如JavaScript, Ruby, R和Python
配合LLVM一起工作的原生语言，比如C， C++， Rust和Swift

GraalVM的设计目标是可以在不同的环境中运行程序

在JVM中
编译成独立的本地镜像（不需要JDK环境）
将Java及本地代码模块集成为更大型的应用

GraalVM下载和安装

GraalVM分成了社区版与企业版(好消息目前都免费！)
企业版肯定比社区版好，所以推荐下载企业版，因为演示的原因，我使用的是20的版本
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GraalVM下载

官网下载地址：
https://www.oracle.com/downloads/graalvm-downloads.html
在这里插入图片描述

win10安装及配置

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配置时要注意，如果配置不成功，极有可能是windows10中JDK8优先了，解决方案：windows10 修改java环境变量不生效

使用 GraalVM Enterprise，您可以将 Java 字节码编译为特定于平台的、自包含的本机可执行文件（本机映像 Native Image），以实现更快的启动和更小的应用程序占用空间。
安装命令如下：

gu install native-image

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如果是在windows中如果要使用本机映像（Native Image）需要安装VC，具体见：另https://www.jianshu.com/p/a5cdf85e4ffa

linux安装及配置

官网下载安装包，FTP上传至安装目录
解压安装包
配置环境变量
使用 GraalVM Enterprise，您可以将 Java 字节码编译为特定于平台的、自包含的本机可执行文件（本机映像 Native Image），以实现更快的启动和更小的应用程序占用空间。
安装命令如下：

GraalVM初体验(Linux)

写一个简单的类
编译->执行
打包成一个本地可执行文件（Native Image功能）

这样就会生成一个可执行文件。这个过程我就称之为将Java 字节码编译为特定于平台的、自包含的本机可执行文件（本机映像 Native Image），以实现更快的启动和更小的应用程序占用空间。
更快速的启动：

对比下，通过 time命令来对比
1、通过java 走虚拟机来运行
在这里插入图片描述

2、不通过java虚拟机直接运行
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对比发现，通过这种方式启动一个简单的类，启动速度要快很多。
阿里早就通过这种方式加快容器的启动速度，直接启动速度提升20倍
https://www.graalvm.org/native-image/
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另外这种可执行文件是不需要JDK的环境的，所以可以非常方便的完成快速的容器化部署，符合云原生的要求，例如：
我们把这个可执行文件拷贝到另外一台没有任何JDK的环境的服务器上，照样可以运行。
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graal 的 aot 属于“GraalVM ”中的一项技术。

Ahead-of-time compile（提前编译），他在编译期时，会把所有相关的东西，包含一个基底的 VM，一起编译成机器码(二进制)。

好处是可以更快速的启动一个 java 应用（以往如果要启动 java程序，需要先启动 jvm 再载入 java 代码，然后再即时的将 .class 字节码编译成机器码，交给机器执行，非常耗时间和耗内存，而如果使用AOT，可以取得一个更小更快速的镜像，适合用在云部署上）

多语言开发(了解即可、官网有Demo)

GraalCompiler

Graal Compiler是GraalVM与HotSpotVM（从JDK10起）共同拥有的服务端即时编译器，是C2编译器的替代者。
C2还存在一些小BUG，例如：

public class C2Bug {

    public void test() {
        int i = 8;
        while ((i -= 3) > 0);
        System. out .println("i = " + i);
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        C2Bug c2bug = new C2Bug();
        for (int i = 0; i < 50_000; i++) {
            c2bug.test();
        }
    }
    
}

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使用-Xint 参数强制虚拟机运行于只有解释器的编译模式，就不会出现问题。
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另外把循环次数降低，降低到5000次，就不会触发JIT，就不会触发C2的优化也不会出现问题。
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即时编译器是 Java 虚拟机中相对独立的模块，它主要负责接收 Java 字节码，并生成可以直接运行的二进制码。
传统情况下(JDK8)，即时编译器是与 Java 虚拟机紧耦合的。也就是说，对即时编译器的更改需要重新编译整个 Java 虚拟机。这对于开发相对活跃的 Graal 来说显然是不可接受的。
为了让 Java 虚拟机与 Graal 解耦合，我们引入了Java 虚拟机编译器接口（JVM Compiler Interface，JVMCI），将即时编译器的功能抽象成一个 Java 层面的接口。这样一来，在 Graal 所依赖的 JVMCI 版本不变的情况下，我们仅需要替换 Graal 编译器相关的 jar 包（Java 9 以后的 jmod 文件），便可完成对 Graal 的升级。

Graal 和 C2 的区别

Graal 和 C2 最为明显的一个区别是：Graal 是用 Java 写的，而 C2 是用 C++ 写的。相对来说，Graal 更加模块化，也更容易开发与维护，毕竟，连C2的开发者都不想去维护C2了。

许多人会觉得用 C++ 写的 C2 肯定要比 Graal 快。实际上，在充分预热的情况下，Java 程序中的热点代码早已经通过即时编译转换为二进制码，在执行速度上并不亚于静态编译的 C++ 程序。

Graal 的内联算法对新语法、新语言更加友好，例如 Java 8 的 lambda 表达式以及 Scala 语言。

例如：
在这里插入图片描述

GraalVM与SpringBoot

2021年03月11日官方宣布的Spring Native只是beta版本，请不要用于生产环境！！！

来谈谈 GraalVM的未来发展
spring 6.0和spring boot3.0都会基于jdk17构建，spring官方也写的很清晰，会继续维护和升级spring 2.0的版本，如果有人不愿意升级，一样可以使用老的版本。
spring 6.0和spring boot3.0总体来说是彻底拥抱aot，让spring native变得更加流行，所以在Spring6与SpringBoot3广泛之前spring native还肯定不是主流而已。
同时jdk17也没有写完loom，代表着没有协程，性能方面比有协程jdk差远了。比如阿里开源的jdk8,11,就有非侵入式携程，在高并发项目中性能比jdk17要强。
所以到底是Oracle公司在引导Java了，还是有可能国内的公司引导了，这个都不好说！

做一个预测
java的协程框架未来很大可能性是阿里等公司主导，而不是Oracle，这个是因为国内的软件行情的原因（高并发项目多）
而云原生的虚拟机则应该是Oracle公司主导，因为国外开发者，大多不会强制限定一定是Java语言，喜欢多语言开发，所以应该来说比较受欢迎，而国内则不同。