Java 9 AOT初探
lese9013
8年前
<p>Java 9引入了 aot编译方式 ，能够将class文件直接编译成可执行二进制文件。目前Java 9的 early access版本 已经提供了编译工具，让我们来看看它的功能吧。</p> <p>注意：按照JEP 295描述，目前版本的AOT，仅支持64位Linux操作系统。</p> <p><strong>jaotc使用</strong></p> <p>首先需要 下载 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 PATH 和 JAVA_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$HOME/bin/jdk-9，并设置了：</p> <pre> <code class="language-java">export PATH=~/bin/jdk-9/bin:$PATH export JAVA_HOME=~/bin/jdk-9</code></pre> <p>需要使用 jaotc ，首先需要有个测试类，首先从Hello World开始：</p> <pre> <code class="language-java">class HelloWorld { public static void main(String[] args) { System.out.println("Hello World!"); } }</code></pre> <p>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：</p> <pre> <code class="language-java">$ javac HelloWorld.java</code></pre> <p>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：</p> <pre> <code class="language-java">$ java HelloWorld Hello World!</code></pre> <p>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。</p> <pre> <code class="language-java">$ jaotc --output libHelloWorld.so HelloWorld.class</code></pre> <p>如果一切正常，会生成libHelloWorld.so文件。</p> <p>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 <a href="/misc/goto?guid=4959734870152464051" rel="nofollow,noindex">elf文件</a> （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：</p> <pre> <code class="language-java">$ ldd $JAVA_HOME/lib/libjelfshim.so linux-vdso.so.1 (0x00007ffd001f3000) libelf.so.1 => /usr/lib64/libelf.so.1 (0x00007f25ea2ce000) libc.so.6 => /lib64/libc.so.6 (0x00007f25e9f35000) libz.so.1 => /lib64/libz.so.1 (0x00007f25e9d1d000) /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x0000562318d51000)</code></pre> <p>前面通过 jaotc 命令成功生成了libHelloWorld.so。虽然命令里面参照JEP 295的示例将生成的文件后缀设置成了so，但如果使用 ldd 命令查看，会发现它其实是一个静态链接库：</p> <pre> <code class="language-java">$ ldd libHelloWorld.so statically linked</code></pre> <p>通过 nm 命令，可以看见代码段中的函数入口：</p> <pre> <code class="language-java">$ nm libHelloWorld.so 0000000000002420 t HelloWorld. ()V 0000000000002520 t HelloWorld.main([Ljava/lang/String;)V </code></pre> <p>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：</p> <pre> <code class="language-java">java -XX:AOTLibrary=./libHelloWorld.so HelloWorld</code></pre> <p>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。</p> <p>此时执行的输出，和之前不使用AOT的输出完全相同。</p> <p>来把大的——将java.base模块编译成AOT库</p> <p>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。</p> <p>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 <a href="/misc/goto?guid=4959734870241361080" rel="nofollow,noindex">原文</a> 。</p> <p>然后执行命令：</p> <pre> <code class="language-java">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</code></pre> <p>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。</p> <pre> <code class="language-java">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</code></pre> <p>完成之后，就可以使用AOT版本的java.base模块：</p> <pre> <code class="language-java">java -XX:AOTLibrary=java_base/libjava.base-coop.so,./libHelloWorld.so HelloWorld</code></pre> <p>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。</p> <pre> <code class="language-java">java -XX:+PrintAOT -XX:AOTLibrary=java_base/libjava.base-coop.so,./libHelloWorld.so HelloWorld</code></pre> <p>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。</p> <pre> <code class="language-java">$ 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! </code></pre> <pre> <code class="language-java">$ 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 ... </code></pre> <p>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。</p> <p><strong>实用吗？</strong></p> <p>目前AOT的局限有：</p> <ul> <li>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；</li> <li>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；</li> <li>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；</li> <li>Java 9最初发布时，只支持java.base模块可以编译成AOT库；</li> <li>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；</li> <li>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；</li> <li>JVM运行时参数设置必须和AOT库编译时相同；</li> </ul> <p>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 <a href="/misc/goto?guid=4958877903590246865" rel="nofollow,noindex">JIT</a> 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。</p> <p>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。</p> <p>经过各种尝试，目前Java 9的AOT功能还处于很初步的阶段：</p> <ul> <li>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；</li> <li>大型框架还没有官方支持，构建AOT库难度比较高；</li> <li>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；</li> </ul> <p>期待Java 9正式发布的时候，能够对AOT有更好的支持。</p> <p> </p> <p>来自：http://www.infoq.com/cn/news/2017/01/Java-9-AOT-first</p> <p> </p>