11.3.2 实战：Jaotc的提前编译

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11.3.2 实战：Jaotc的提前编译

JDK 9引入了用于支持对Class文件和模块进行提前编译的工具Jaotc，以减少程序的启动时间和到 达全速性能的预热时间，但由于这项功能必须针对特定物理机器和目标虚拟机的运行参数来使用，加 之限制太多，Java开发人员对此了解、使用普遍比较少，本节我们将用Jaotc来编译Java SE的基础库
[^1]: （java.base模块），以改善本机Java环境的执行效率。

我们首先通过一段测试代码（什么代码都可以，最简单的HelloWorld都可以，内容笔者就不贴了）来演示Jaotc的基本使用过程，操作如下：

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$ javac HelloWorld.java 
$ java HelloWorld 
Hello World! 
$ jaotc --output libHelloWorld.so HelloWorld.class

通过以上命令，就生成了一个名为libHelloWorld.so的库，我们可以使用Linux的ldd命令来确认这是否是一个静态链接库，使用mn命令来确认其中是否包含了HelloWorld的构造函数和main()方法的入口信息，操作如下：

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$ ldd libHelloWorld.so statically linked 
$ nm libHelloWorld.so 
……
0000000000002a20 t HelloWorld.()V 
0000000000002b20 t HelloWorld.main([Ljava/lang/String;)V 
……

现在我们就可以使用这个静态链接库而不是Class文件来输出HelloWorld了：

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java -XX:AOTLibrary=./libHelloWorld.so HelloWorld 
Hello World!

提前编译一个HelloWorld只具备演示价值，下一步我们来做更有实用意义的事情：把java.base模块编译成类似的静态链接库。java.base包含的代码数量庞大，虽然其中绝大部分内容现在都能被Jaotc的提前编译所支持了，但总还有那么几个“刺头”会导致编译异常。因此我们要建立一个编译命令文件来排除这些目前还不支持提前编译的方法，笔者将此文件取名为java.base-list.txt，其具体内容如下：

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# jaotc: java.lang.StackOverflowError 
exclude sun.util.resources.LocaleNames.getContents()[[Ljava/lang/Object; 
exclude sun.util.resources.TimeZoneNames.getContents()[[Ljava/lang/Object; 
exclude sun.util.resources.cldr.LocaleNames.getContents()[[Ljava/lang/Object; 
exclude sun.util.resources..*.LocaleNames_.*.getContents\(\)\[\[Ljava/lang/Object; 
exclude sun.util.resources..*.LocaleNames_.*_.*.getContents\(\)\[\[Ljava/lang/Object; 
exclude sun.util.resources..*.TimeZoneNames_.*.getContents\(\)\[\[Ljava/lang/Object; 
exclude sun.util.resources..*.TimeZoneNames_.*_.*.getContents\(\)\[\[Ljava/lang/Object; 
# java.lang.Error: Trampoline must not be defined by the bootstrap classloader 
exclude sun.reflect.misc.Trampoline.<clinit>()V
exclude sun.reflect.misc.Trampoline.invoke(Ljava/lang/reflect/Method;Ljava/lang/Object;[Ljava/lang/Object;)Ljava/lang/Object; 
# JVM asserts exclude com.sun.crypto.provider.AESWrapCipher.engineUnwrap([BLjava/lang/String;I)Ljava/security/Key; 
exclude sun.security.ssl.* 
exclude sun.net.RegisteredDomain.<clinit>()V 
# Huge methods exclude jdk.internal.module.SystemModules.descriptors()[Ljava/lang/module/ModuleDescriptor;

然后我们就可以开始进行提前编译了，使用的命令如下所示：

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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

上面Jaotc用了-J参数传递与目标虚拟机相关的运行时参数，这些运行时信息与编译的结果是直接相关的，编译后的静态链接库只能支持运行在相同参数的虚拟机之上，如果需要支持多种虚拟机运行参数（譬如采用不同垃圾收集器、是否开启压缩指针等）的话，可以花点时间为每一种可能用到的参数组合编译出对应的静态链接库。此外，由于Jaotc是基于Graal编译器开发的，所以现在ZGC和Shenandoah收集器还不支持Graal编译器，自然它们在Jaotc上也是无法使用的。事实上，目前Jaotc只支持G1和Parallel（PS+PS Old）两种垃圾收集器。使用Jaotc编译java.base模块的输出结果如下所示：

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$ 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 
Compiling libjava.base-coop.so...
6177 classes found (335 ms)
55845 methods total, 49575 methods to compile (1037 ms)
Compiling with 4 threads
……
49575 methods compiled, 0 methods failed (138821 ms)
Parsing compiled code (906 ms)
Processing metadata (10867 ms)
Preparing stubs binary (0 ms)
Preparing compiled binary (103 ms)
Creating binary: libjava.base-coop.o (2719 ms)
Creating shared library: libjava.base-coop.so (5812 ms)
Total time: 163609 ms

在笔者的i7-8750H、32GB内存的笔记本上，编译JDK 11的java.base大约花了三分钟的时间，生成的libjava.base-coop.o库大小为366MB。JDK 9刚刚发布时，笔者做过相同的编译，当时耗时高达十分钟。编译完成后，我们就可以使用提前编译版本的java.base模块来运行Java程序了，方法与前面运行HelloWorld是一样的，用-XX：AOTLibrary来指定链接库位置即可，譬如：

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

我们还可以使用-XX：+PrintAOT参数来确认哪些方法使用了提前编译的版本，从输出信息中可以看到，如果不使用提前编译版本的java.base模块，就只有HelloWord的构造函数和main()方法是提前编译版本的：

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$ 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!

但如果加入libjava.base-coop.so，那使用到的几乎所有的标准Java SE API都是被提前编译好的，输出如下：

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java -XX:AOTLibrary=java_base/libjava.base-coop.so,./libHelloWorld.so HelloWorld 
Hello World! 
    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] 
…… // 省略其他输出 
[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 
…… // 省略其他输出

目前状态的Jaotc还有许多需要完善的地方，仍难以直接编译SpringBoot、MyBatis这些常见的第三方工具库，甚至在众多Java标准模块中，能比较顺利编译的也只有java.base模块而已。不过随着Graal编译器的逐渐成熟，相信Jaotc前途还是可期的。

此外，本书虽然选择Jaotc来进行实战，但同样有发展潜力的Substrate VM也不应被忽视。Jaotc做的提前编译属于本节开头所说的“第二条分支”，即做即时编译的缓存；而Substrate VM则是选择的“第一条分支”，做的是传统的静态提前编译，关于Substrate VM的实战，建议读者自己去尝试一下。

[^1]: 本实战就源于JEP 295：Ahead-of-Time Compilation：https://openjdk.java.net/jeps/295。