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@babydragon 2017-01-14T08:30:30.000000Z 字数 4324 阅读 1559

Java 9 AOT初探

java

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。


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。

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

jaotc使用

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:

  1. export PATH=~/bin/jdk-9/bin:$PATH
  2. export JAVA_HOME=~/bin/jdk-9

需要使用jaotc,首先需要有个测试类,首先从Hello World开始:

  1. class HelloWorld {
  2. public static void main(String[] args) {
  3. System.out.println("Hello World!");
  4. }
  5. }

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:

  1. $ javac HelloWorld.java

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:

  1. $ java HelloWorld
  2. Hello World!

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。

  1. $ jaotc --output libHelloWorld.so HelloWorld.class

如果一切正常,会生成libHelloWorld.so文件。

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elf文件(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:

  1. $ ldd $JAVA_HOME/lib/libjelfshim.so
  2. linux-vdso.so.1 (0x00007ffd001f3000)
  3. libelf.so.1 => /usr/lib64/libelf.so.1 (0x00007f25ea2ce000)
  4. libc.so.6 => /lib64/libc.so.6 (0x00007f25e9f35000)
  5. libz.so.1 => /lib64/libz.so.1 (0x00007f25e9d1d000)
  6. /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x0000562318d51000)

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:

  1. $ ldd libHelloWorld.so
  2. statically linked

通过nm命令,可以看见代码段中的函数入口:

  1. $ nm libHelloWorld.so
  2. 0000000000002420 t HelloWorld.<init>()V
  3. 0000000000002520 t HelloWorld.main([Ljava/lang/String;)V

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:

  1. java -XX:AOTLibrary=./libHelloWorld.so HelloWorld

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。

此时执行的输出,和之前不使用AOT的输出完全相同。

来把大的——将java.base模块编译成AOT库

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。

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,具体内容参照原文

然后执行命令:

  1. 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

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。

  1. 48878 methods compiled, 4 methods failed (497771 ms)
  2. Parsing compiled code (1126 ms)
  3. Processing metadata (15811 ms)
  4. Preparing stubs binary (0 ms)
  5. Preparing compiled binary (104 ms)
  6. Creating binary: libjava.base-coop.o (5611 ms)
  7. Creating shared library: libjava.base-coop.so (7306 ms)
  8. Total time: 542536 ms

完成之后,就可以使用AOT版本的java.base模块:

  1. java -XX:AOTLibrary=java_base/libjava.base-coop.so,./libHelloWorld.so HelloWorld

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。

  1. java -XX:+PrintAOT -XX:AOTLibrary=java_base/libjava.base-coop.so,./libHelloWorld.so HelloWorld

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。

  1. $ java -XX:+PrintAOT -XX:AOTLibrary=./libHelloWorld.so HelloWorld
  2. 11 1 loaded ./libHelloWorld.so aot library
  3. 105 1 aot[ 1] HelloWorld.<init>()V
  4. 105 2 aot[ 1] HelloWorld.main([Ljava/lang/String;)V
  5. Hello World!
  1. $ java -XX:+PrintAOT -XX:AOTLibrary=java_base/libjava.base-coop.so,./libHelloWorld.so HelloWorld
  2. 13 1 loaded java_base/libjava.base-coop.so aot library
  3. 13 2 loaded ./libHelloWorld.so aot library
  4. [Found [Z in java_base/libjava.base-coop.so]
  5. [Found [C in java_base/libjava.base-coop.so]
  6. [Found [F in java_base/libjava.base-coop.so]
  7. [Found [D in java_base/libjava.base-coop.so]
  8. [Found [B in java_base/libjava.base-coop.so]
  9. [Found [S in java_base/libjava.base-coop.so]
  10. [Found [I in java_base/libjava.base-coop.so]
  11. [Found [J in java_base/libjava.base-coop.so]
  12. 31 1 aot[ 1] java.lang.Object.<init>()V
  13. 31 2 aot[ 1] java.lang.Object.finalize()V
  14. ...

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。

实用吗?

目前AOT的局限有:

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JIT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。

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。

经过各种尝试,目前Java 9的AOT功能还处于很初步的阶段:

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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