简介：在高性能的背后，Java的宽松表现也令人印象深刻。Java对每个人的笨重和缓慢印象的大部分印象也来自这。似乎与高性能和快速启动速度背道而驰。本文将探讨两者是否可以与您同在。
Java作为一种面向对象的编程语言，在性能方面具有独特的性能。
“跨编程语言的能源效能，能源，时间和记忆如何联系？”它调查了主要编程语言的执行效率。
从表格上，我们可以看到Java的执行效率很高，约占C语言最快的一半。这仅次于C，Rust和C ++在主流编程语言中。
Java在Hotspot.java的服务器编译器（C2）编译器中的出色JIT编译器的出色性能受益是Cliff Click博士的作品，并使用了节点模型。这项技术还证明了它代表了最先进的水平行业：
在高性能的背后，Java的启动性能差也令人印象深刻。印象中，Java的大多数不舒服和缓慢的印象也来自此。似乎与高性能和快速启动速度背道而驰。本文将探讨两者是否可以与您同在。
雅加达（Jakartaee）是Oracle向Eclipse Foundation捐赠J2EE后的新名称。Java于1999年推出J2EE规格。EJB（Java Enterprise Beans）定义了IOC，AOP，AOP，Transaction，Confaction，Collasterent和Enterprise Development所需的功能设计非常复杂。最基本的应用程序需要大量的配置文件，这非常不便。
随着互联网的兴起，EJB逐渐被更轻巧，更免费的弹簧框架所取代，春季已成为Java Enterprises开发的事实标准。尽管春季更轻，但它仍然在很大程度上受到Jakartaee的影响。。例如，在早期版本中使用大量XML配置，大量jakartaee（例如JSR 330依赖项注入）和规范（例如JSR 340服务API）的使用。
但是春天仍然是企业级别的框架。我们看一下几个春季框架的设计理念：
在这种设计理念的影响下，必须有大量可配置和初始化逻辑，以及支持这种灵活性的复杂设计模型。我们通过测试来查看它：
我们运行了一个弹簧启动 - 网络。通过-verbose：类，您可以看到因类别文件：
班级的数量达到了惊人的7404。
让我们比较JavaScript生态学，并使用常用的表达来编写基本应用程序：
我们使用Node的调试环境变量分析：
它仅取决于55个JS文件。
尽管Spring-Boot和Express不公平。在Java世界中，它还可以基于更轻巧的框架（例如Vert.x和Netty）构建应用程序，但实际上，每个人几乎都会选择Spring-boot，以享受便利性Java开源生态学。
Java是否因为框架很复杂而开始缓慢吗？只能说答案是复杂的框架是慢慢启动的原因之一。通过GraAlvm的本机图像函数弹簧本特征的组合的本机图像函数，弹簧启动应用程序可以缩短约十次。
Java的口号是“写一次，在任何地方运行”（WORA），Java确实通过字节代码和虚拟机技术实现了这一点。
WORA使开发人员能够开发和调试MACOS，可以快速部署到Linux服务器。Cross -Platform还使Maven Center仓库更容易维护，这有助于Java开源生态系统的繁荣。
让我们看一下Wora对Java的影响：
Java通过课程组织源代码，然后将类塞入JAR软件包中以进行模块和分发。JAR软件包本质上是一个ZIP文件：
每个JAR软件包都是一个相对独立的模块，开发人员可以按需依靠特定功能。JVM通过类路径知道这些罐子并加载。
基于它，将其执行到新的或InvoKestatic Bytecode.jvm时将加载它，将为ClassLoader提供控制。URLCLASSLOADER的最常见实现将穿越JAR软件包，以找到相应的类文件：
因此，搜索类的费用通常与JAR软件包的数量成正比。在大量的大规模场景中，将有数千个，这将导致整体搜索需要高度时间。
找到类文件后，JVM需要检查类文件是否合法，并将其分析为内部数据结构。在JVM中，它称为Instanceklass。我已经听到了类文件中包含的信息：
该结构包含接口，基类，静态数据，对象的布局，方法字节，常数池等。这些数据结构对于解释器来说是必须执行字节代码或JIT编译所必需的。
加载类后，必须完成初始化以创建对象或调用静态方法。类初始化可以简单地理解为静态块：
上面的第一个静态变量Java_version_string的初始化也将成为静态块的一部分。
类初始化具有以下特征：
这些特征非常适合读取配置或构建数据结构，缓存等。在运行时，因此，许多类别的初始化逻辑将更加复杂。
Java类可以在初始化后实例对象并在对象上调用方法。解释执行大开关。案例循环，性能很差：
我们使用JMH运行Hessian序列化微观基准测试：
第二个-XINT参数控制了我们仅使用解释器，这是26倍。这是由直接机器执行的执行和解释之间的差异所带来的。这一差距与场景有着巨大的关系，我们通常的经验是50次。
让我们看一下JIT的行为：
这是两个JDK中JIT参数的值。我们暂时没有向分层的汇编原理介绍太多。您可以参考堆栈溢出。Tier3可以简要理解为（客户端编译器）C1，Tier4为C2。在本文开头，这确实实现了C的一半。
在启动阶段，该方法尚未由JIT完全编译，因此大多数情况都保留在解释执行中，这会影响应用程序启动的速度。
早些时候，我们花了很多空间来分析开始Java应用程序慢速启动的主要原因。摘要是：
这两个全面导致了Java应用程序的当前状态缓慢。
Python和JavaScript都动态解析了加载模块。Cpyhton甚至没有JIT。从理论上讲，启动不会比Java快得多，但是他们不会使用非常复杂的应用程序框架，因此不会感觉到启动性能的总体问题。
尽管我们不能轻易更改用户的框架习惯，但我们可以在运行时进行增强，因此启动性能尽可能接近本地图像。OpenJDK的官方社区也一直在努力解决启动工作性能问题。因此，作为普通的Java开发人员，我们可以使用OpenJDK的最新功能来帮助我们提高启动性能吗？
面对OpenJDK上述功能中存在的问题，阿里巴巴·龙韦尔（Alibaba Dragonwell）已得到优化和优化上述技术，并与云产品集成。用户可以轻松地优化启动时间，而无需投入过多的精力。
1. AppCD
首次在Oracle JDK1.5中引入了CD（类数据共享），在Oracle JDK8U40中引入了APPCD来支持JDK，但作为业务特征提供了。随后，Oracle为社区贡献了APPC，并在JDK10中逐渐改进了CDS，逐渐改进了CDS。，它还支持用户定义的类加载程序（也称为AppCDS V2）。
面向对象的语言绑定对象（数据）和方法（对象上的操作）以提供更强的包装和多态性。这些特征依赖于标题头中的类型信息来实现，而Java和Python语言是这种情况。内存中的Java对象如下：
Mark代表对象的状态，包括该对象是否已锁定，GC年龄等等。
基于此结构，诸如o实例字符串之类的表达式可以有足够的信息来判断。应该注意的是，实例klass结构相对复杂，包括类，字段等的所有方法，该方法还包含此类信息作为字节代码。该数据结构是通过在运行时解析类文件来获得的。为了确保安全性，分析类时需要字节代码的合法性（由JAVAC方法生成的字节码很容易导致JVM崩溃）。
CD可以存储通过此分析和验证生成的数据结构存储（DUMP），并在下一个运行时重复使用它。此转储产品称为共享存档，带有JSA苦难（Java共享存档）。
为了减少CD读取JSA转储的开销，并避免将数据的数据序列化为Instanceklass，JSA文件中的存储和Instanceklass对象完全相同。这样，当使用JSA数据时，您只需要将JSA文件映射到内存，然后将对象头部的类型指针指向此内存地址，这非常有效。
1. Instanceklass不是从客户类加载程序中存储的，是Class Class Loader的class file.for boot classloader（即JRE/lib/rt.jar）和System（App）ClassLoader（下面的类下方的ClassLoader），CD可以跳过类文件的读数。仅通过类名与相应的数据结构匹配。
Java还为用户定义的类加载程序（自定义类加载程序）提供了一种机制。用户可以通过Override自己的ClassLoader.loadClass（）方法高度自定义类的逻辑。例如，在提高APPCD的安全性并避免非指望类的情况下，因为类定义是从CDS加载的，AppCDS客户类加载程序需要通过以下步骤：
我们看到了许多场景，上面的第一步占据了加载的时间。目前，AppCD似乎是无能为力的。例如：
类路径包含如上图所示的三个JAR数据包。加载com.foo.foo类时，大多数ClassLoader实现（包括UrlClassloader，Tomcat，Spring-Boot）选择了最简单的策略（过早优化是所有邪恶的来源。）：按照JAR的顺序，请尝试绘制绘制com/foo/foo.class的文件按磁盘的顺序。
JAR软件包使用ZIP格式作为存储。每个班级的加载都需要在类路径下穿越罐子袋。尝试从ZIP绘制一个文件，以确保可以找到现有的类。修理N Jar袋，然后需要尝试访问N/2个ZIP文件的平均类加载。
在我们的真实场景之一中，N到2000年。目前，罐装套餐搜索费用非常大，远大于Instanceklass的分析费用。。
2.罐子索引
根据JAR文件规范，JAR文件是一种使用ZIP包装的格式，并使用文本将元信息存储在Meta -Inf目录中。此格式在设计过程中考虑了上述搜索场景。该技术称为JAR索引。
假设我们想在上面的bar.jar，baz.jar，foo.jar中找到一堂课。如果您可以使用com.foo.foo类型，可以立即推断特定的JAR软件包，可以避免上述扫描费用。
通过JAR索引技术，可以生成上述索引文件索引。list.list.list。加载到内存后，成为hashmap：
当我们看到类名称com.foo.foo时，我们可以根据软件包名称com.foo学习特定的jar package foo.jar。
JAR索引技术似乎可以解决我们的问题，但是该技术很旧，很难在现代应用中使用：
Dragonwell通过代理的注射使索引可以正确生成，并在Class Path的适当位置出现，以帮助应用程序改善启动性能。
2.预先初始化课程
类的静态块中的代码执行我们称为类初始化的内容。加载类后，必须执行初始化代码（创建实例并调用静态方法）。
许多类别的初始化本质上只是构建一些静态文件：
我们知道，JDK在框类型中使用的部分中有一个缓存，以避免重复过多的创建。这些数据需要提前构建。由于这些方法仅执行一次，因此以纯粹的解释方式执行。如果您可以说服几个静态字段以避免调用类初始化，我们可以获得预先初始初始化以减少启动时间的类。
将持久性加载到内存的最有效方法是内存映射：
C语言几乎直接面向内存以操作数据，而高级别的语言（例如Java抽象存储器）进入对象。有元信息，例如马克，klass*智慧，以获得有效的目标持久性。
1.堆存档介绍
OpenJDK9引入了剧烈的功能，正式使用了OpenJDK12中的Heap Archive。顾名思义，Heap Archive Technology可以持续在堆上的对象上。
对象图提前构建，并将其放入存档。我们将这个阶段称为垃圾场；并且存档中的数据在运行时被调用。调整和运行时通常不是一个过程，但是在某些情况下，同一过程也可以相同。
在使用APPCD之后，请回想内存布局，对象的Klass*指针指向sharedarchive.appcds中的数据。如果您想重复使用持续的对象，则对象头的类型指针还必须指向一块可持续的元信息，因此，较炙手可热的技术依赖于AppCD。
为了适应各种情况，OpenJDK HeaterParchive还提供了两个级别：开放和关闭：
上图是允许的参考关系：
该设计的原因是，对于某些仅阅读结构，放置在封闭的档案中，您可以没有GC的费用。
为什么只读它？想象一下，如果封闭存档中的对象a在堆中引用对象b，那么当对象B移动时，GC需要将字段点调整为A中的B，这将带来GC开销。
2.使用堆存档
在支持此结构之后，加载了类后，将静态变量定向到存档的对象，以完成类初始化：
3. AOT汇编
除了课程的加载外，该方法的前几个执行是在解释模式下执行的，因为它没有由JIT编译器编译。- 在JIT汇编后的第十个。代码解释的执行速度较慢，也是一个重大的罪魁祸首，开始缓慢。
传统语言（例如C/C ++）直接编译为直接编译为目标平台的本机机器代码。每个人都意识到口译员的开始问题，例如Java和JS，字节代码直接编译为本机通过AOT代码逐渐进入公众愿景。
WASM，GRAALVM和OPERJDK都在不同程度上支持AOT汇编。我们主要优化JEP295引入的JAOTC工具周围的启动速度。
在此处注意：
JEP295使用AOT将类文件中的方法汇总到本机代码片段中，一一将替换方法的替换方法的入口加载到AOT代码之后，加载了AOT代码。GRAALVM的天然图像函数是更彻底的静态汇编。通过Java代码编写的小运行时，substrateVM由运行期间的静态文件（类似于GO）编译，并且不再依赖JVMessencEthis方法也是AOT，但为了区分术语，AOT单个是指JEP295的方法。
1. AOT功能的首次体验
通过引入JEP295，我们可以快速体验AOT
JAOTC命令调用GRAAL编译器来编译字节代码以生成Libhelloworld.so文件。此处生成的SO文件很容易使人们错误地认为它会直接调用JNI之类的库库代码。LD加载机制运行代码。因此，文件更像是一个容器作为本机代码。HOTSOPTRUNTIME需要在加载AOT后进行进一步的动态链接。加载类后，加载了类，热点将自动关联AOT代码入口，并为下一个AOT版本使用AOT版本方法。AOT生成的代码还将与热点积极交互，在AOT，解释器和JIT代码之间跳跃。
1）一波AOT
JEP295似乎已经达到了一个完整的AOT系统，但是为什么您会看到该技术大规模使用？在OpenJDK的新功能中，AOT可以被视为很多生活。
2）多级加载程序问题
JDK-8206963：带有多个类加载程序的错误
这不是在设计中考虑Java的多级载体场景。当多个classloader使用同名使用AOT时，共享其静态字段。
因为没有解决此问题可以快速修复此问题的解决方案，因此仅添加了OpenJDK以下代码：
对于用户自定义类加载程序，不允许AOT。从这里，可以看出，此功能在社区层面上逐渐缺乏维护。
在这种情况下，尽管仍然可以通过类Path指定的类使用AOT，但我们通常需要使用的框架，例如Spring-Boot，Tomcat，可以通过自定义class Loader加载应用程序代码。可以说，此更改切断一大块AOT。
3）缺乏调整和维护，返回实验特征
JDK-8227439：默认关闭AOT
和严格的足迹含义。
从那时起，您需要添加实验参数：
根据问题描述，此特征编译了整个模块，该模块对起始速度和记忆职业有反应。我们分析的原因如下：
4）在JDK16中删除
JDK-8255616：在Oracle OpenJDK中禁用AOT和GRAAL
在OpenJDK16发行的前夕，Oracle正式决定不维护这项技术：
我们没有看到对这些功能的太多使用，支持和增强它们所需的效果很大。
基本原因是这是基于缺乏必要的优化和维护。对于与AOT相关的未来计划，只能从未来Java AOT有两个技术方向的词中推测：
上面的两个技术方向在短期内看不到进展。因此，Dragonwell的技术方向是使现有的JEP295更好地工作，并将最终的启动性能带给用户。
5）迅速从Dragonwell开始
Dragonwell的快速启动功能具有APPCD和AOT编译技术的弱点，并基于HeaterParchive机制开发了预先的初始化功能。这些功能几乎完全消除了JVM可见应用的启动。
此外，由于上述技术与Trace-Dump重新播放使用模式一致，因此Dragonwell将上述加速技术统一并将其集成到SAE产品中。
借助良好的成分，它还需要与调味品和烹饪大师相匹配。
Dragonwell的开始加速技术和以其弹性而闻名的无服务器技术的结合相互补充。同时，它可以在微服务的整个生命周期管理中共同实施，以缩短应用程序结束的作用 - 到末端启动时间。因此，Dragonwell选择选择Choosesae来推出其发射加速技术。
SAE（无服务器应用程序引擎）是第一个用于无服务器的PAAS平台。他可以：：
Java软件包部署：零代码转换以享受微服务，降低研发成本无服务器的极限弹性：资源无服务的运营和维护，快速扩展申请示例，减少操作，维护和学习成本
1.难度分析
通过分析，我们发现微服务用户在应用程序启动级别面临一些问题：
在Dragonwell的快速启动功能的帮助下，SAE提供了一组无服务的Java应用程序，以允许应用程序尽可能多地加速最佳实践启动，以便开发人员更多地专注于业务开发：
2.加速效应
我们选择一些微服务和复杂的依赖业务场所典型的演示或内部应用。测试启动效应，发现应用程序通常将启动时间减少5％至45％。如果申请开始，则会有显着的加速效应：
3.客户案例
ALI内部的无服务器平台的搜索和建议将隔离机制加载到同类中，并在同一Java虚拟机中部署了多个业务的合并。调度系统将按需将业务代码合并到免费的容器中，以便多家企业可以共享相同的资源池，从而大大提高了部署密度和总体CPU使用率。
因为有必要支持大量不同的业务，所以平台本身需要提供足够的功能，例如缓存和RPC调用。Pandora Boot，它将加载大量类并拖动平台自己的启动速度。当需求增加时，调度系统需要提取更多的容器进行业务代码部署。目前，容器本身的启动时间尤为重要。
基于Dragonwell的快速启动技术，搜索和推荐平台将在Pre -Release环境中对AppCD，Jarindex等进行优化，并将生成的存档文件键入容器映像。这样，每个容器在启动时就可以享受加速，并将约30％的时间降低约30％。开始时间。
由SAE和Dragonwell 11提供的JAR软件包部署的外部客户，迭代迭代并迭代潮汐品牌购物中心应用程序。
面对大规模尖峰，借助SAE无服务器的极端弹性，以及QPS RT索引的弹性，其使用指标很容易面临超过10倍以上的需求；开始 - UP时间正在消耗，进一步加速了应用程序的开始，以确保企业的平稳和健康运营。
Dragonwell上的快速启动技术方向完全基于OpenJDK社区。它已经仔细优化和错误，并减少了入门的困难。这不仅确保了标准的兼容性，还可以避免内部定制，而且还为开源社区做出了贡献。
作为一个基本软件，Dragonwell只能在磁盘上生成/使用存档文件，并用SAE无缝集成Dragonwell，JVM配置和存档文件的分布是自动化的。Customers可以轻松地享受应用程序加速所带来的技术股息。
关于作者：
来自阿里巴巴云Java虚拟机团队的Liang XI负责Java Runtime的方向。领导Java Corporation的研究和开发，开始优化和其他技术以及大型降落。
阿里巴巴云SAE团队的序言负责运行时的演变，弹性和效率。
原始链接：http：//click.aliyun.com/m/1000293808/
作者：Liang XI
原始资料来源：阿里巴巴Yunyun Qi编号