2023-06-22 09:53:26 來源 : 程序員客棧
Oracle GraalVM 是一個(gè)新 GraalVM ?的發(fā)行版，它適用于JDK 17和JDK 20，并在GraalVM 免費(fèi)條款和條件（GFTC）許可證下發(fā)布（請(qǐng)參見FAQ）。這意味著你可以免費(fèi)使用所有最優(yōu)秀的GraalVM功能，無論是在開發(fā)中還是生產(chǎn)環(huán)境！
對(duì)于Native Image，在這個(gè)版本中引入了以下特性：
Profile-guided 優(yōu)化 和更多編譯器優(yōu)化，以獲得最佳的峰值性能G1 GC用于運(yùn)行具有大堆和最小暫停時(shí)間的應(yīng)用程序壓縮對(duì)象頭和指針，以獲得更低的內(nèi)存占用機(jī)器學(xué)習(xí)自動(dòng)推斷分型信息支持SBOM的附加安全功能GraalVM Native Image 已經(jīng)因其即時(shí)啟動(dòng)而聞名，但是隨著這個(gè)版本的發(fā)布，我們可以展示它也是一種非常高效的方式來運(yùn)行長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的Java應(yīng)用程序，且性能高。我們已經(jīng)在使用GraalVM Native Image編譯的一個(gè)Java 20 Spring PetClinic 示例應(yīng)用程序上進(jìn)行了測(cè)試，并與JIT編譯進(jìn)行了比較，以下是性能結(jié)果：使用 Oracle GraalVM Native Image、GraalVM CE Native Image 和帶有 C2 JIT 的 GraalVM CE 的 Spring Petclinic 性能?；鶞?zhǔn)測(cè)試實(shí)驗(yàn)在 Oracle X5-2 服務(wù)器（Intel Xeon E5-2699 v3）上運(yùn)行了最新的 Spring Petclinic，將工作負(fù)載限制在16個(gè)CPU，并設(shè)置了最大堆大小為1GB。使用wrk測(cè)量最大吞吐量，以循環(huán)方式擊中五個(gè)不同的端點(diǎn)（創(chuàng)建寵物、所有者和診所訪問并讀取所有者和寵物ID），每秒600個(gè)請(qǐng)求，在100秒內(nèi)進(jìn)行。峰值吞吐量是以下180秒的平均性能。延遲數(shù)字是在吞吐量實(shí)驗(yàn)完成后捕獲的，使用 wrk2應(yīng) 用每秒5000個(gè)請(qǐng)求的恒定負(fù)載。
(資料圖片僅供參考)
現(xiàn)在讓我們更仔細(xì)地看一下這些性能指標(biāo)。Native Image 以啟動(dòng)速度快而聞名。由于使用 Oracle GraalVM 的額外編譯器優(yōu)化，啟動(dòng)將提升到一個(gè)新的級(jí)別：
相對(duì)于GraalVM CE Native Image，Oracle GraalVM Native Image的啟動(dòng)速度**快46.42%**。啟動(dòng)速度比在JIT上運(yùn)行（GraalVM CE with C2 JIT）快32倍。由于使用了額外的內(nèi)存優(yōu)化，使用 Oracle GraalVM Native Image 構(gòu)建的應(yīng)用程序使用內(nèi)存顯著減少：
相對(duì)于GraalVM CE Native Image，少25%的內(nèi)存。相對(duì)于GraalVM CE with C2 JIT，少2.52倍的內(nèi)存！在這里，Oracle GraalVM Native Image 的峰值吞吐量比 GraalVM CE 高 1.6 倍。對(duì)于這個(gè)特定的應(yīng)用程序，吞吐量仍略低于 JIT。當(dāng)在 Spring、Quarkus 和 Micronaut 等其他基準(zhǔn)測(cè)試中運(yùn)行時(shí)，在許多情況下，我們看到 AOT 在峰值吞吐量方面甚至領(lǐng)先于JIT。另一個(gè)評(píng)估您的應(yīng)用程序重要的指標(biāo)是效率：在給定的時(shí)間和資源量下可以獲得多少性能。這在云端尤為重要，因?yàn)槟枰Ц顿Y源的費(fèi)用以及使用它們的時(shí)間長(zhǎng)度，但即使在本地環(huán)境中，您也希望高效地利用基礎(chǔ)設(shè)施。為了評(píng)估這一點(diǎn)，讓我們看一下我們的應(yīng)用程序可以每秒處理多少個(gè)請(qǐng)求，每GB內(nèi)存（參見上圖）：
Oracle GraalVM Native Image 可以每秒處理 14780 個(gè)請(qǐng)求/GB/s，是CE Native Image 和 C2 JIT 的兩倍。這意味著使用 Oracle GraalVM Native Image，您可以獲得適合您基礎(chǔ)設(shè)施的最佳峰值吞吐量，或在資源受限的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)良好的性能?，F(xiàn)在讓我們來看一下延遲分布。延遲是反映應(yīng)用程序所有請(qǐng)求響應(yīng)能力的關(guān)鍵指標(biāo)。最慢的請(qǐng)求在尾延遲分布中可見，并且極大地影響著服務(wù)質(zhì)量。通常，業(yè)務(wù)需求規(guī)定大多數(shù)請(qǐng)求的特定延遲限制（通常是99%，即P99延遲）。在這里，我們可以看到在95個(gè)百分位之前，Oracle GraalVM Native Image 和 CE JIT with C2 有著非常相似的響應(yīng)時(shí)間，均低于3毫秒。這意味著您可以期望使用本地鏡像與JIT相同的應(yīng)用程序響應(yīng)性。然而，在最高百分位數(shù)上，JIT 的響應(yīng)時(shí)間明顯下降，而 Native Image 的響應(yīng)時(shí)間保持較低。因此，對(duì)于這個(gè)應(yīng)用程序來說，Native Image 提供了明顯更好的 P99 延遲時(shí)間，因此提高了服務(wù)的響應(yīng)性。綜上所述，Oracle GraalVM Native Image 為長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的應(yīng)用程序提供了出色的性能特征，同時(shí)具有快速啟動(dòng)和低資源使用的優(yōu)點(diǎn)。我們還在此版本中推出了許多新功能。由于更新涵蓋范圍廣泛，我們發(fā)布了兩篇博客文章：本篇博客側(cè)重于 GraalVM JDK 和 Native Image，另一篇?jiǎng)t涵蓋了 GraalVM 語言和 Truffle 的更新。現(xiàn)在，讓我們看看此版本中還有什么新內(nèi)容！
二、基于 JDK 17 和 JDK 20 構(gòu)建的 GraalVMGraalVM 現(xiàn)在有一個(gè)與 JDK 版本命名相匹配的新命名方案 - 例如，這個(gè)版本包括兩個(gè) GraalVM 版本：GraalVM for JDK 17 和 GraalVM for JDK 20。這兩個(gè)版本都基于主分支，并包含新功能，因此您可以選擇最適合您的JDK版本。然而，我們建議您轉(zhuǎn)移到JDK 20 - 正如我們之前宣布的那樣，我們正在過渡到一個(gè)新的發(fā)布計(jì)劃，在這個(gè)計(jì)劃中，我們將只為最新的 Java 版本發(fā)布 GraalVM（就像 Oracle JDK 一樣）。這樣，您也可以同時(shí)使用所有最新的 Java 和 GraalVM 功能。本次發(fā)布的另一個(gè)重大更新是 GraalVM JDK 下載現(xiàn)在包括 Native Image！不需要將 Native Image 作為單獨(dú)的組件下載或運(yùn)行 gu install native-image，它一開始就已經(jīng)準(zhǔn)備好了。下載 Oracle GraalVM 也變得更加容易，我們現(xiàn)在有穩(wěn)定的可腳本化下載 URL，因此您可以直接使用它們進(jìn)行下載，或者在您的腳本和Docker文件中使用。例如，要在Linux x86-64上獲取適用于JDK 20的Oracle GraalVM，請(qǐng)運(yùn)行以下命令：
wget?https://download.oracle.com/graalvm/20/latest/graalvm-jdk-20_linux-x64_bin.tar.gz三、基于機(jī)器學(xué)習(xí)的編譯優(yōu)化
Oracle GraalVM 中可用的一個(gè)非常有用的功能是基于配置文件的優(yōu)化（PGO）。PGO 使您能夠在運(yùn)行時(shí)收集應(yīng)用程序的性能分析信息，然后與 Native Image 一起使用，以優(yōu)化生成的本地可執(zhí)行文件的性能。它使您能夠?qū)?AOT 優(yōu)化的優(yōu)點(diǎn)與運(yùn)行時(shí)性能分析相結(jié)合使用。此版本中一個(gè)令人興奮的新功能是基于機(jī)器學(xué)習(xí)的自動(dòng)分析。Native Image 現(xiàn)在使用預(yù)訓(xùn)練的 ML 模型來預(yù)測(cè)控制流圖分支的概率。然后，我們使用預(yù)測(cè)的概率進(jìn)行 PGO。在諸如 Renaissance、Da Capo 和 Da Capo con Scala 等全面基準(zhǔn)測(cè)試中，由預(yù)測(cè)配置文件推動(dòng)的 PGO 相比于默認(rèn)的 Native Image 配置可提供約 6% 的運(yùn)行時(shí)加速?；?ML 的配置文件分析在 Oracle GraalVM 中可用，并默認(rèn)啟用，我們期待您的反饋和性能報(bào)告。但是，請(qǐng)記住，ML 配置文件推斷可能會(huì)略微增加本地可執(zhí)行文件的大小，約1-2%。
四、更高性能的 Native Image編譯器提供更好性能的一種方式是利用部署平臺(tái)的體系結(jié)構(gòu)特定功能。使用這些特定功能可以提供更好的性能，但在部署到?jīng)]有這些特定指令的機(jī)器上時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)兼容性挑戰(zhàn)。我們引入了一個(gè)新的 **-march**選項(xiàng)，類似于gcc，它可以讓您在平臺(tái)特定性能和兼容性之間進(jìn)行選擇：-march=compatibility提供最佳兼容性，或者 -march=native提供最佳性能，如果本地可執(zhí)行文件部署在相同的機(jī)器架構(gòu)或具有相同CPU特性的機(jī)器上。要列出所有可用的機(jī)器架構(gòu)，請(qǐng)使用 -march=list。我們還對(duì)基于配置文件的優(yōu)化進(jìn)行了幾個(gè)更改：
為了為應(yīng)用程序提供最佳的峰值性能，PGO需要完整的剖析信息。這意味著您可能需要多次運(yùn)行您的應(yīng)用程序，并使用不同的工作負(fù)載來確保所有的用例都被剖析?，F(xiàn)在，通過native-image-configure可以合并多次PGO運(yùn)行收集的剖析文件。基于配置文件的優(yōu)化現(xiàn)在有一個(gè)新的采樣分析器，可以收集調(diào)用堆棧。此數(shù)據(jù)隨后包含在一個(gè).iprof文件中。當(dāng)構(gòu)建有PGO儀器的可執(zhí)行文件時(shí)，默認(rèn)情況下啟用采樣分析器（但必要時(shí)可禁用）。請(qǐng)記住，為了獲得良好的配置文件，從而獲得良好的峰值性能，您需要運(yùn)行相關(guān)的工作負(fù)載并正確地預(yù)熱應(yīng)用程序。我們還實(shí)現(xiàn)了一個(gè)上下文感知內(nèi)聯(lián)器優(yōu)化，它使用新的采樣分析器將優(yōu)化工作更好地投入到熱代碼中。結(jié)果是2-7%更小的可執(zhí)行文件大小和增加的峰值性能。我們改進(jìn)了Native Image的循環(huán)向量化支持，允許編譯器向量化更多的循環(huán)以實(shí)現(xiàn)更快的執(zhí)行，并將某些代碼塊在 AOT 上的表現(xiàn)與 JIT 相媲美。五、Native Image Bundles表面上看，Native Image 構(gòu)建命令（native-image -jar MyApp.jar）可能看起來很簡(jiǎn)單，但它啟動(dòng)了一個(gè)復(fù)雜的構(gòu)建過程，有許多變量和屬性依賴于環(huán)境。如果能夠復(fù)制構(gòu)建過程，例如用于更新和修復(fù)應(yīng)用程序，或者重現(xiàn)問題，將非常有幫助。為此，這個(gè)版本引入了 Native Image Bundles。現(xiàn)在，您可以生成一個(gè)構(gòu)建捆綁包，其中包含應(yīng)用程序的 JAR 文件以及有關(guān)參數(shù)、環(huán)境變量、系統(tǒng)屬性設(shè)置、類路徑和模塊路徑選項(xiàng)的信息。要生成捆綁包，請(qǐng)?jiān)跇?gòu)建本地可執(zhí)行文件時(shí)使用 — bundle-create=
Native Image 現(xiàn)在可以生成構(gòu)建報(bào)告，幫助您更好地了解可執(zhí)行文件的內(nèi)容。構(gòu)建報(bào)告以 HTML 格式展現(xiàn)，并提供以下信息：
構(gòu)建環(huán)境和使用資源的信息包括可達(dá)類型、字段和方法在內(nèi)的分析結(jié)果代碼和堆區(qū)域的完整分解軟件材料清單（SBOM）構(gòu)建報(bào)告摘要和代碼區(qū)域分解使用 -H:+BuildReport 開啟這個(gè)實(shí)驗(yàn)性功能。
七、Linux 下的 AWT我們已經(jīng)在 Native Image 中改進(jìn)了 AWT 支持：除了 Windows 之外，它現(xiàn)在還可以在 Linux 上工作！這意味著更多的 GUI Java 應(yīng)用程序現(xiàn)在可以在 Native Image 上運(yùn)行。我們期待著看到您的應(yīng)用程序使用 Native Image 運(yùn)行并收到您的反饋。改進(jìn)的 AWT 對(duì)于 macOS 的支持也正在路上。一個(gè)使用 GraalVM 構(gòu)建的 Linux 原生可執(zhí)行 AWT 應(yīng)用
八、Native Image 開發(fā)經(jīng)驗(yàn)隨著每次發(fā)布，我們都會(huì)引入更新，使開發(fā)GraalVM，特別是 Native Image 的開發(fā)人員體驗(yàn)更加順暢。本次發(fā)布中有幾個(gè)更改：
改進(jìn)了 Native Image 構(gòu)建過程的內(nèi)存占用?，F(xiàn)在，構(gòu)建器考慮可用內(nèi)存，以減少在同一臺(tái)機(jī)器上運(yùn)行許多其他進(jìn)程時(shí)的內(nèi)存壓力。它在許多情況下消耗更少的內(nèi)存，因此也不太可能由于內(nèi)存不足而失敗。同時(shí)，我們?cè)黾恿?Native Image 可以使用的最大內(nèi)存量，這將有助于構(gòu)建大型應(yīng)用程序。對(duì)于我們的 Windows 用戶來說，有一個(gè)好消息！Native Image 現(xiàn)在會(huì)自動(dòng)設(shè)置 Windows 的構(gòu)建環(huán)境 —— 您不再需要使用 x64 Native Tools 命令提示符。我們還改進(jìn)了 Windows 的調(diào)試：調(diào)試信息現(xiàn)在包括有關(guān) Java 類型的信息。我們繼續(xù)擴(kuò)展我們的JFR支持?，F(xiàn)在，還支持以下事件：ExecutionSample、ObjectAllocationInNewTLAB和JavaMonitorInflate。我們努力使元數(shù)據(jù)組合安全，以便添加新元數(shù)據(jù)將永遠(yuǎn)不會(huì)破壞構(gòu)建。內(nèi)部錯(cuò)誤變得更加用戶友好。在失敗的情況下，Native Image構(gòu)建將不再只顯示堆棧跟蹤，而是提供錯(cuò)誤報(bào)告和如何報(bào)告問題的說明?，F(xiàn)在可以通過 LLVM 后端在 RISC-V 上使用 GraalVM Native Image —— 在相關(guān)博客文章中閱讀更多信息。九、新的 Native Image 監(jiān)控功能 ?受社區(qū)的強(qiáng)烈要求，我們實(shí)現(xiàn)了 JMX 遠(yuǎn)程管理功能。它可以通過 --enable-monitoring選項(xiàng)進(jìn)行啟用，例如：--enable-monitoring=jmxclient,jmxserver。請(qǐng)注意，此功能仍處于實(shí)驗(yàn)階段。
十、開始 Native Image ?我們經(jīng)常會(huì)聽到這樣一個(gè)問題：“我怎樣才能知道是否可以使用 X 庫與 Native Image 一起使用”?，F(xiàn)在在 graalvm.org 上，您可以找到一份經(jīng)過測(cè)試并可與 Native Image 完美配合的庫和框架列表。目前，該列表包含了150多個(gè)經(jīng)過驗(yàn)證可以與 Native Image 一起使用的庫和框架，包括 Micronaut、Spring、Quarkus、Helidon、H2、GraphQL、MariaDB、Netty、MySQL、Neo4j、PostgreSQL、Testcontainers、Thymeleaf 等等。我們很高興看到我們的生態(tài)環(huán)境積極采用 Native Image，并通過GraalVM-reachability-metadata 倉庫提供支持。這個(gè)倉庫也與 Native Build Tools 集成在一起，因此現(xiàn)在可以自動(dòng)發(fā)現(xiàn)和拉取依賴項(xiàng)的 Native Image 配置文件。
十一、GraalVM JDK 和編譯器更新GraalVM JIT 現(xiàn)在已經(jīng)支持 ZGC！ZGC 是一個(gè)低延遲的垃圾收集器，面向需要低延遲或大堆大小的應(yīng)用程序。（目前，在 Native Image 中不支持 ZGC。）要啟用它，請(qǐng)使用命令行選項(xiàng) -XX:+UseZGC。我們預(yù)計(jì)這個(gè)更新對(duì)于大型應(yīng)用程序或低延遲至關(guān)重要的情況將有所裨益，并期待您的反饋和性能報(bào)告。我們還正在開源 Ideal Graph Visualizer（IGV）！? IGV 是一款開發(fā)人員工具，可讓您分析編譯圖并調(diào)查性能問題。我們希望 IGV 對(duì)于那些在 GraalVM 之上實(shí)現(xiàn)語言或調(diào)查高級(jí)編譯問題的人特別有幫助。十二、社區(qū)貢獻(xiàn)graalvm-reachability-metadata 倉庫共收到近200個(gè)社區(qū)貢獻(xiàn)，使Java庫能夠在Native Image中使用。我們特別感謝 Spring 和 Micronaut 團(tuán)隊(duì)的大力支持。我們與 Red Hat 一起繼續(xù)構(gòu)建 JFR 支持、改進(jìn) Windows 上的調(diào)試，并添加了實(shí)驗(yàn)性的 JMX 支持。您提供的所有反饋、性能基準(zhǔn)和問題報(bào)告都有助于我們?cè)诿看伟l(fā)布時(shí)進(jìn)一步改進(jìn) GraalVM。十三、GraalVM 生態(tài)有什么新功能我們基于社區(qū)調(diào)查的回答，發(fā)布了一份GraalVM生態(tài)系統(tǒng)的大概述：最常用的功能和工具、庫和框架的采用情況、編程語言等等：GraalVM 社區(qū) 2022 調(diào)查報(bào)告【譯】。Spring Boot 發(fā)布了支持 Native Image 的主線版本 Spring Boot 3.0 ！?Quarkus發(fā)布了帶有許多新功能的 Quarkus 3；我最喜歡的可能是新的改進(jìn)和可擴(kuò)展 Dev UI —— 試試吧！Micronaut 將很快發(fā)布4.0版本，使用 Java 17 作為基線，并提供更快的構(gòu)建方式 —— 您已經(jīng)可以嘗試 Milestone 2 了?，F(xiàn)在您可以使用 Azure App Insights 監(jiān)控 GraalVM 和 Spring Boot 應(yīng)用程序。Testcontainers 通過 GraalVM Reachability 倉庫與 Native Image 一起工作，還有幾個(gè)框架提供平穩(wěn)的集成 —— 例如看看 Micronaut 如何在Native Image 和 JVM 模式下測(cè)試 RabbitMQ 集成。Ionut Balosin 和 Florin Blanaru發(fā)布了一份獨(dú)立（非常詳細(xì)）的 GraalVM 與 OpenJDK C2 性能研究。我們還看到了關(guān)于 Apache Kafka、Quarkus 和 GraalVM 的有趣實(shí)驗(yàn)：?jiǎn)蝹€(gè)代理節(jié)點(diǎn)運(yùn)行需要約 130 毫秒，并且具有 60MB 的 RSS。
