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Java 9 AOT初探
阅读量:5879 次
发布时间:2019-06-19

本文共 4930 字,大约阅读时间需要 16 分钟。

Java 9引入了,能够将class文件直接编译成可执行二进制文件。目前Java 9的已经提供了编译工具,让我们来看看它的功能吧。

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注意:按照JEP 295描述,目前版本的AOT,仅支持64位Linux操作系统。

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jaotc使用

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首先需要最新的Java 9(JDK),本文编写时,最新版本是Build 152。下载好的JDK只需要解压即可使用,特别注意使用前设置好PATHJAVA_HOME两个环境变量,避免和机器上已经安装的JDK混淆。笔者安装到了$HOME/bin/jdk-9,并设置了:

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\export PATH=~/bin/jdk-9/bin:$PATH\export JAVA_HOME=~/bin/jdk-9\
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需要使用jaotc,首先需要有个测试类,首先从Hello World开始:

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\class HelloWorld {\        public static void main(String[] args) {\                System.out.println(\"Hello World!\");\        }\}\
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代码非常简单,但是在执行jaotc之前,还需要将其编译成class文件,直接使用javac即可:

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$ javac HelloWorld.java
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执行成功之后,会生成HelloWorld.class文件。此时直接使用java命令,已经可以正常运行这个类:

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$ java HelloWorld \Hello World!
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这时,就可以基于这个class文件,通过jaotc命令将其编译成二进制文件了。

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$ jaotc --output libHelloWorld.so HelloWorld.class
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如果一切正常,会生成libHelloWorld.so文件。

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如果出现类似Exception in thread \"main\" java.lang.UnsatisfiedLinkError: /home/babydragon/bin/jdk-9/lib/libjelfshim.so: libelf.so.1: 无法打开共享对象文件: 没有那个文件或目录的错误,是因为jaotc需要依赖libelf动态链接库来创建(最终生成的libHelloWorld.so文件是一个静态链接的elf文件)。笔者使用的是Gentoo系统,需要安装dev-libs/elfutils包,以提供libelf.so这个动态连接库。安装之后可以通过ldd命令进行确认:

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\$ ldd $JAVA_HOME/lib/libjelfshim.so\        linux-vdso.so.1 (0x00007ffd001f3000)\        libelf.so.1 =\u0026gt; /usr/lib64/libelf.so.1 (0x00007f25ea2ce000)\        libc.so.6 =\u0026gt; /lib64/libc.so.6 (0x00007f25e9f35000)\        libz.so.1 =\u0026gt; /lib64/libz.so.1 (0x00007f25e9d1d000)\        /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x0000562318d51000)\
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前面通过jaotc命令成功生成了libHelloWorld.so。虽然命令里面参照JEP 295的示例将生成的文件后缀设置成了so,但如果使用ldd命令查看,会发现它其实是一个静态链接库:

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$ ldd libHelloWorld.so \        statically linked
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通过nm命令,可以看见代码段中的函数入口:

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$ nm libHelloWorld.so\0000000000002420 t HelloWorld.()V\0000000000002520 t HelloWorld.main([Ljava/lang/String;)V
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最后,需要执行时需要通过参数-XX:AOTLibrary参数指定需要加载的经过aot预编译好的共享库文件:

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java -XX:AOTLibrary=./libHelloWorld.so HelloWorld
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注意:虽然已经将整个HelloWorld类都通过jaotc编译成共享库文件,运行时仍然需要依赖原有的HelloWorld.class文件。

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此时执行的输出,和之前不使用AOT的输出完全相同。

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来把大的——将java.base模块编译成AOT库

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JEP 295中已经说明,在Java 9初始发布的时候,只保证java.base模块可以被编译成AOT库。

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继续参照JEP 295,创建java.base-list.txt文件,内容主要是排除一些编译有问题的方法,具体内容参照。

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然后执行命令:

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jaotc -J-XX:+UseCompressedOops -J-XX:+UseG1GC -J-Xmx4g --compile-for-tiered --info --compile-commands java.base-list.txt --output libjava.base-coop.so --module java.base
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在笔者的机器上(i7-6600U + 16G内存 + 256G NVMe SSD),排除上述方法之后,编译时间大约为9分多钟。

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48878 methods compiled, 4 methods failed (497771 ms)\Parsing compiled code (1126 ms)\Processing metadata (15811 ms)\Preparing stubs binary (0 ms)\Preparing compiled binary (104 ms)\Creating binary: libjava.base-coop.o (5611 ms)\Creating shared library: libjava.base-coop.so (7306 ms)\Total time: 542536 ms
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完成之后,就可以使用AOT版本的java.base模块:

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java -XX:AOTLibrary=java_base/libjava.base-coop.so,./libHelloWorld.so HelloWorld
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同样,针对AOT,jvm也新增了参数打印哪些方法是通过加载AOT预编译库执行。

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java -XX:+PrintAOT -XX:AOTLibrary=java_base/libjava.base-coop.so,./libHelloWorld.so HelloWorld
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输出可以和不使用java.base的AOT进行比较,发现不使用java.base的AOT库,只能会加载libHelloWorld.so中对应的方法。

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\$ java -XX:+PrintAOT -XX:AOTLibrary=./libHelloWorld.so HelloWorld\     11    1     loaded    ./libHelloWorld.so  aot library\    105    1     aot[ 1]   HelloWorld.()V\    105    2     aot[ 1]   HelloWorld.main([Ljava/lang/String;)V\Hello World!\
\\
\$ java -XX:+PrintAOT -XX:AOTLibrary=java_base/libjava.base-coop.so,./libHelloWorld.so HelloWorld\     13    1     loaded    java_base/libjava.base-coop.so  aot library\     13    2     loaded    ./libHelloWorld.so  aot library\[Found  [Z  in  java_base/libjava.base-coop.so]\[Found  [C  in  java_base/libjava.base-coop.so]\[Found  [F  in  java_base/libjava.base-coop.so]\[Found  [D  in  java_base/libjava.base-coop.so]\[Found  [B  in  java_base/libjava.base-coop.so]\[Found  [S  in  java_base/libjava.base-coop.so]\[Found  [I  in  java_base/libjava.base-coop.so]\[Found  [J  in  java_base/libjava.base-coop.so]\     31    1     aot[ 1]   java.lang.Object.()V\     31    2     aot[ 1]   java.lang.Object.finalize()V\...\
\\

输出太长,节选部分输出,我们可以看见java基础类及其方法都通过AOT的方式进行加载。

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实用吗?

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目前AOT的局限有:

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  • 仅支持64位Linux操作系统:这个问题不是很大,毕竟大部分线上服务器都能够满足; \\
  • 操作系统需要预装libelf库,以确保能够生成elf文件:这个问题也不大,仅生成时需要; \\
  • AOT编译和执行环境需要相同:毕竟是二进制文件,引入了平台相关性; \\
  • Java 9最初发布时,只支持java.base模块可以编译成AOT库; \\
  • 目前只支持G1和Parallel GC两种GC方式:前面没有提到,AOT编译时的JVM参数和运行时需要相同,也包括GC方式,也就是说如果用了AOT,JVM实际运行时也只能使用这两种GC方式之一; \\
  • 可能会无法编译通过动态生成class文件或者修改字节码的java代码(如lambda表达式、反射调用等):这个可能会比较坑,后面会讲到; \\
  • JVM运行时参数设置必须和AOT库编译时相同;\

AOT可能带来的好处,是JVM加载这些已经预编译成二进制库之后,可以直接调用,而无需再将其运行时编译成二进制码。理论上,AOT的方式,可以减少带来的预热时间,减少Java应用长期给人带来的“第一次运行慢”感觉。

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不过,本文使用的HelloWorld过于简单,无法通过对比得出AOT是否可以减少JVM初始化时间。笔者尝试对一个小型springboot应用进行AOT化,但是springboot框架本身无法在Java 9中运行。同时直接对spring-core的jar包执行jaotc也因为各种依赖问题而失败。

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经过各种尝试,目前Java 9的AOT功能还处于很初步的阶段:

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  • 缺少maven等管理工具集成,无法方便的对项目指定jar或者class文件比构建AOT库; \\
  • 大型框架还没有官方支持,构建AOT库难度比较高; \\
  • 大型框架如果直接提供AOT库,可能会因为由特定平台构建,而在本地无法使用;\

期待Java 9正式发布的时候,能够对AOT有更好的支持。

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感谢对本文的审校。

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