Java 9 AOT初探
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。
\u0026#xD;\n\u0026#xD;\n注意：按照JEP 295描述，目前版本的AOT，仅支持64位Linux操作系统。
\u0026#xD;\n\u0026#xD;\njaotc使用
\u0026#xD;\n\u0026#xD;\n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$HOME/bin/jdk-9，并设置了：
\u0026#xD;\nexport PATH=~/bin/jdk-9/bin:$PATH\u0026#xD;\nexport JAVA_HOME=~/bin/jdk-9\u0026#xD;\n\u0026#xD;\n\u0026#xD;\n
需要使用jaotc，首先需要有个测试类，首先从Hello World开始：
\u0026#xD;\nclass HelloWorld {\u0026#xD;\n public static void main(String[] args) {\u0026#xD;\n System.out.println(\"Hello World!\");\u0026#xD;\n }\u0026#xD;\n}\u0026#xD;\n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：
\u0026#xD;\n\u0026#xD;\n$ javac HelloWorld.java\u0026#xD;\n\u0026#xD;\n
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：
\u0026#xD;\n\u0026#xD;\n$ java HelloWorld \u0026#xD;\nHello World!\u0026#xD;\n\u0026#xD;\n
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。
$ jaotc --output libHelloWorld.so HelloWorld.class\u0026#xD;\n\u0026#xD;\n
如果一切正常，会生成libHelloWorld.so文件。
\u0026#xD;\n\u0026#xD;\n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：
\u0026#xD;\n$ ldd $JAVA_HOME/lib/libjelfshim.so\u0026#xD;\n linux-vdso.so.1 (0x00007ffd001f3000)\u0026#xD;\n libelf.so.1 =\u0026gt; /usr/lib64/libelf.so.1 (0x00007f25ea2ce000)\u0026#xD;\n libc.so.6 =\u0026gt; /lib64/libc.so.6 (0x00007f25e9f35000)\u0026#xD;\n libz.so.1 =\u0026gt; /lib64/libz.so.1 (0x00007f25e9d1d000)\u0026#xD;\n /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x0000562318d51000)\u0026#xD;\n\u0026#xD;\n\u0026#xD;\n
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：
$ ldd libHelloWorld.so \u0026#xD;\n statically linked\u0026#xD;\n\u0026#xD;\n
通过nm命令，可以看见代码段中的函数入口：
$ nm libHelloWorld.so\u0026#xD;\n0000000000002420 t HelloWorld.()V\u0026#xD;\n0000000000002520 t HelloWorld.main([Ljava/lang/String;)V\u0026#xD;\n\u0026#xD;\n
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：
java -XX:AOTLibrary=./libHelloWorld.so HelloWorld\u0026#xD;\n\u0026#xD;\n
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。
\u0026#xD;\n\u0026#xD;\n此时执行的输出，和之前不使用AOT的输出完全相同。
\u0026#xD;\n\u0026#xD;\n来把大的——将java.base模块编译成AOT库
\u0026#xD;\n\u0026#xD;\nJEP 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。
\u0026#xD;\n\u0026#xD;\n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。
\u0026#xD;\n\u0026#xD;\n然后执行命令：
\u0026#xD;\n\u0026#xD;\njaotc -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\u0026#xD;\n\u0026#xD;\n
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。
\u0026#xD;\n\u0026#xD;\n48878 methods compiled, 4 methods failed (497771 ms)\u0026#xD;\nParsing compiled code (1126 ms)\u0026#xD;\nProcessing metadata (15811 ms)\u0026#xD;\nPreparing stubs binary (0 ms)\u0026#xD;\nPreparing compiled binary (104 ms)\u0026#xD;\nCreating binary: libjava.base-coop.o (5611 ms)\u0026#xD;\nCreating shared library: libjava.base-coop.so (7306 ms)\u0026#xD;\nTotal time: 542536 ms\u0026#xD;\n\u0026#xD;\n
完成之后，就可以使用AOT版本的java.base模块：
\u0026#xD;\n\u0026#xD;\njava -XX:AOTLibrary=java_base/libjava.base-coop.so,./libHelloWorld.so HelloWorld\u0026#xD;\n\u0026#xD;\n
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。
\u0026#xD;\n\u0026#xD;\njava -XX:+PrintAOT -XX:AOTLibrary=java_base/libjava.base-coop.so,./libHelloWorld.so HelloWorld\u0026#xD;\n\u0026#xD;\n
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。
\u0026#xD;\n\u0026#xD;\n\u0026#xD;\n$ java -XX:+PrintAOT -XX:AOTLibrary=./libHelloWorld.so HelloWorld\u0026#xD;\n 11 1 loaded ./libHelloWorld.so aot library\u0026#xD;\n 105 1 aot[ 1] HelloWorld.()V\u0026#xD;\n 105 2 aot[ 1] HelloWorld.main([Ljava/lang/String;)V\u0026#xD;\nHello World!\u0026#xD;\n\u0026#xD;\n\u0026#xD;\n
\u0026#xD;\n$ java -XX:+PrintAOT -XX:AOTLibrary=java_base/libjava.base-coop.so,./libHelloWorld.so HelloWorld\u0026#xD;\n 13 1 loaded java_base/libjava.base-coop.so aot library\u0026#xD;\n 13 2 loaded ./libHelloWorld.so aot library\u0026#xD;\n[Found [Z in java_base/libjava.base-coop.so]\u0026#xD;\n[Found [C in java_base/libjava.base-coop.so]\u0026#xD;\n[Found [F in java_base/libjava.base-coop.so]\u0026#xD;\n[Found [D in java_base/libjava.base-coop.so]\u0026#xD;\n[Found [B in java_base/libjava.base-coop.so]\u0026#xD;\n[Found [S in java_base/libjava.base-coop.so]\u0026#xD;\n[Found [I in java_base/libjava.base-coop.so]\u0026#xD;\n[Found [J in java_base/libjava.base-coop.so]\u0026#xD;\n 31 1 aot[ 1] java.lang.Object.()V\u0026#xD;\n 31 2 aot[ 1] java.lang.Object.finalize()V\u0026#xD;\n...\u0026#xD;\n\u0026#xD;\n\u0026#xD;\n
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。
\u0026#xD;\n\u0026#xD;\n实用吗？
\u0026#xD;\n\u0026#xD;\n目前AOT的局限有：
\u0026#xD;\n\u0026#xD;\n- 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； \u0026#xD;\n\u0026#xD;\n
- 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； \u0026#xD;\n\u0026#xD;\n
- 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； \u0026#xD;\n\u0026#xD;\n
- Java 9最初发布时，只支持java.base模块可以编译成AOT库； \u0026#xD;\n\u0026#xD;\n
- 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； \u0026#xD;\n\u0026#xD;\n
- 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； \u0026#xD;\n\u0026#xD;\n
- JVM运行时参数设置必须和AOT库编译时相同；\u0026#xD;\n
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。
\u0026#xD;\n\u0026#xD;\n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。
\u0026#xD;\n\u0026#xD;\n经过各种尝试，目前Java 9的AOT功能还处于很初步的阶段：
\u0026#xD;\n\u0026#xD;\n- 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； \u0026#xD;\n\u0026#xD;\n
- 大型框架还没有官方支持，构建AOT库难度比较高； \u0026#xD;\n\u0026#xD;\n
- 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；\u0026#xD;\n
期待Java 9正式发布的时候，能够对AOT有更好的支持。
\u0026#xD;\n\u0026#xD;\n感谢郭蕾对本文的审校。
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