JAVA老态渐显

人们一开始被JAVA语言的"write once, run anywhere"特性所吸引，后来变成离不开JAVA繁荣的生态。但作为一门发展了快30年的编程语言，近些年来，在云原生的趋势下，JAVA优点逐渐变成大家都有，而缺陷却愈发明显。

比如.NET的开源使得多了虚拟机，也可以一次编写、到处运行。另外，随着容器化的流行，"build once, run anywhere"逐渐深入人心，可以认为各种语言都具备跨平台的能力了。由于云原生基础设施大多由go和rust语言开发，go和rust也越来越流行。

JAVA被诟病体积大、启动缓慢、占用内存多、执行速度不是很快等等。

GraalVM是什么

简单地说，GraalVM是一个能在多种CPU架构上支持多种操作系统，将多种编程语言源代码编译成本地代码的编译工具。

硬件上，主要是支持ARM64和x86_64。操作系统上，支持主流的Windows、Linux、MacOS。编程语言上，支持Java、JavaScript、Python、Ruby、R、wasm等，而且也支持他们的互相调用。

GraalVM如何使用

GraalVM目前只支持64位架构的CPU，包括amd64（也有称之为x84_64的）和aarch64（也有称之为arm64的）。

同时，操作系统也必须是64位的，官方支持的操作系统有Linux、Windows、MacOS。

另一方面，JDK的版本支持JDK8、JDK11、JDK17。

支持的组合如下：

# -*.tar.gzgraalvm-ee-jdk8-windows-*.tar.gzgraalvm-ee-jdk8-darwin-*.tar.gz# -*.tar.gzgraalvm-ce-jdk11-linux-aarch64-*.tar.gzgraalvm-ce-jdk11-darwin-amd64-*.tar.gzgraalvm-ce-jdk11-windows-amd64-*.tar.gzgraalvm-ce-jdk17-linux-amd64-*.tar.gzgraalvm-ce-jdk17-linux-aarch64-*.tar.gzgraalvm-ce-jdk17-darwin-amd64-*.tar.gzgraalvm-ce-jdk17-windows-amd64-*.tar.gz

GraalVM支持使用JVMCI将代码编译成字节码，也支持将字节码再编译成原生镜像:

# 编译成字节码cd src/main/java/javac p/k/g/Klazz.java# 安装原生镜像编译工具gu install native-image# 如果是EE版本，使用"gu -L install ${user.home}/Downloads/native-image-installable-svm-svmee-${java.version}-${os}-${arch}-${version}.jar"# 查看安装是否成功（出现native-image则成功）gu list# 安装编译工具（Linux为GCC、Windows可以安装Visual Studio）## redhat/centos等rpm系列，使用如下命令：sudo dnf install gcc glibc-devel zlib-devel libstdc++-static## debian/ubuntu等deb系列，使用如下命令：sudo apt-get install build-essential libz-dev zlib1g-dev# Windows系统报错：# Error: Default native-compiler executable 'cl.exe' not found via environment variable PATH# Error: To prevent native-toolchain checking provide command-line option -H:-CheckToolchain# com.oracle.svm.core.util.UserError$UserException: Default native-compiler executable 'cl.exe' not found via environment variable PATH# 下载Visual Studio，并安装windows sdk# 开始菜单输入“x64”，（根据VS版本，比如最新的是2022）从自动搜索结果找到“x64 Native Tools Command Prompt for VS 2022"，打开该应用# class文件必须和native-image同磁盘分区，否则报如下错误：# Fatal error:java.lang.IllegalArgumentException: java.lang.IllegalArgumentException: 'other' has different root

以linux下JDK17为例:

fibonacci

先看一个较简单的java应用,，使用递归方式计算斐波那契数列。

public class Main {    public static void main(String[] args) {        long start = System.nanoTime();        int gap = 80;        if(args.length > 0) {            gap = Integer.parseInt(args[0]);        }        if(gap < 2 || gap > 80) {            throw new IllegalArgumentException("参数必须在2~80之间");        }        long total  = fibonacci(gap);        // 80: 23416728348467685        // 30: 832040        System.out.println(total);        System.out.println((System.nanoTime() - start) / 1000);    }    private static long fibonacci(long gap) {        if(gap == 1L || gap == 2L) {            return 1L;        }        return fibonacci(gap - 1) + fibonacci(gap - 2);    }}

源代码739字节，使用JDK8编译成的class只有999字节,编译成本地代码后大概16M（16275248）。

整个的编译耗时约22秒，内存使用最高接近5G，过程信息如下：

[root@localhost ~]# $JAVA_HOME/bin/native-image Main[main:80299]    classlist:   1,477.90 ms,  0.96 GB[main:80299]        (cap):     318.30 ms,  0.96 GB[main:80299]        setup:   1,514.49 ms,  0.96 GB[main:80299]     (clinit):     100.39 ms,  2.36 GB[main:80299]   (typeflow):   1,440.80 ms,  2.36 GB[main:80299]    (objects):   2,625.83 ms,  2.36 GB[main:80299]   (features):   1,048.63 ms,  2.36 GB[main:80299]     analysis:   5,625.17 ms,  2.36 GB[main:80299]     universe:     486.45 ms,  2.36 GB[main:80299]      (parse):     425.09 ms,  2.36 GB[main:80299]     (inline):     674.63 ms,  2.37 GB[main:80299]    (compile):   9,235.29 ms,  4.61 GB[main:80299]      compile:  11,133.33 ms,  4.61 GB[main:80299]        image:     859.84 ms,  4.61 GB[main:80299]        write:     333.49 ms,  4.61 GB[main:80299]      [total]:  21,592.56 ms,  4.61 GB[root@localhost ~]# ll-rwxrwxr-x.  1 root root  16275248 12月 26 10:58 main-rw-rw-r--.  1 root root        19 12月 26 10:58 main.build_artifacts.txt-rwxrwxrwx.  1 root root       999 12月 25 21:49 Main.class

从运行时间上看，本地代码略优于字节码。内存占用上，本地代码也是优于字节码的。而在CPU使用率上，两者基本没有差别。

由于程序不涉及网络或磁盘开销，此处就不做比较。

各执行3次汇总数据对比如下：

类型

次序

耗时(ms)

最大使用内存(kb)

最大CPU使用率

字节码

1

21605

11776

4%

本地代码

2

18793

12284

4%

本地代码

3

18799

1192

5%

本地代码

4

18796

2376

5%

字节码

5

22063

16008

5%

字节码

6

22055

17904

5%

第一次使用graalvm的jdk17运行，先启动vmstat，后启动应用，详细数据如下：

[root@localhost ~]# vmstat -t -w  1 100procs -----------------------memory---------------------- ---swap-- -----io---- -system-- --------cpu-------- -----timestamp----- r  b         swpd         free         buff        cache   si   so    bi    bo   in   cs  us  sy  id  wa  st                 CST 0  0            0     13277820         3788      1402632    0    0    25     1   33   24   2   0  98   0   0 2021-12-28 16:10:13 1  0            0     13260128         3788      1404684    0    0     0     0 2097 2718   3   0  97   0   0 2021-12-28 16:10:14 1  0            0     13269760         3788      1395092    0    0     0     0 1284  373   6   0  94   0   0 2021-12-28 16:10:15 1  0            0     13269760         3788      1395092    0    0     0    36 1317  404   6   0  94   0   0 2021-12-28 16:10:16 1  0            0     13271704         3788      1393148    0    0     0     0 1237  296   6   0  94   0   0 2021-12-28 16:10:17 1  0            0     13271704         3788      1393148    0    0     0     0 1283  305   6   0  94   0   0 2021-12-28 16:10:18 1  0            0     13271704         3788      1393148    0    0     0     0 1239  293   6   0  94   0   0 2021-12-28 16:10:19 1  0            0     13271232         3788      1393024    0    0     0     0 1282  311   6   0  94   0   0 2021-12-28 16:10:20 1  0            0     13271232         3788      1393024    0    0     0    16 1368  363   6   0  94   0   0 2021-12-28 16:10:21 1  0            0     13271252         3788      1393040    0    0     0     0 1408  364   6   0  94   0   0 2021-12-28 16:10:22 1  0            0     13271252         3788      1393040    0    0     0     0 1249  310   6   0  94   0   0 2021-12-28 16:10:23 1  0            0     13271232         3788      1393040    0    0     0     0 1279  318   6   0  94   0   0 2021-12-28 16:10:24 1  0            0     13271232         3788      1393040    0    0     0     0 1214  246   6   0  94   0   0 2021-12-28 16:10:25 1  0            0     13271232         3788      1393040    0    0     0     8 1279  250   6   0  94   0   0 2021-12-28 16:10:26 1  0            0     13271224         3788      1393036    0    0     0     0 1619  504   6   0  94   0   0 2021-12-28 16:10:27 1  0            0     13271224         3788      1393036    0    0     0     0 1184  220   6   0  94   0   0 2021-12-28 16:10:28 1  0            0     13271224         3788      1393036    0    0     0     0 1175  218   6   0  94   0   0 2021-12-28 16:10:29 1  0            0     13271224         3788      1393036    0    0     0     2 1177  219   6   0  94   0   0 2021-12-28 16:10:30 1  0            0     13271224         3788      1393036    0    0     0    12 1295  302   6   0  94   0   0 2021-12-28 16:10:31 1  0            0     13271224         3788      1393036    0    0     0     0 1175  202   6   0  94   0   0 2021-12-28 16:10:32 1  0            0     13271224         3788      1393036    0    0     0     0 1176  232   6   0  94   0   0 2021-12-28 16:10:33 2  0            0     13266044         3788      1398152    0    0     0     0 1440  311   6   0  94   0   0 2021-12-28 16:10:34 1  0            0     13266060         3788      1398140    0    0     0     0 1262  316   6   0  94   0   0 2021-12-28 16:10:35 0  0            0     13284332         3788      1395020    0    0     0     4 1042  677   2   0  98   0   0 2021-12-28 16:10:36 0  0            0     13284332         3788      1395020    0    0     0     0  191  255   0   0 100   0   0 2021-12-28 16:10:37 0  0            0     13277880         3788      1401448    0    0     0     0 1465 1948   0   0 100   0   0 2021-12-28 16:10:38

[root@localhost ~]# date && $JAVA_HOME/bin/java Main 50 && date2021年 12月 28日 星期二 16:10:14 CST12586269025216055822021年 12月 28日 星期二 16:10:35 CST

第二次使用本地代码，同样先启动vmstat，然后启动应用，详细数据如下：

[root@localhost ~]# vmstat -t -w  1 100procs -----------------------memory---------------------- ---swap-- -----io---- -system-- --------cpu-------- -----timestamp----- r  b         swpd         free         buff        cache   si   so    bi    bo   in   cs  us  sy  id  wa  st                 CST 0  0            0     13121080         6960      1462068    0    0    22     1   36   31   1   0  98   0   0 2021-12-28 16:17:03 1  0            0     13102800         6960      1480164    0    0 15896    12 1985 2325   2   0  98   0   0 2021-12-28 16:17:04 1  0            0     13108916         6960      1473508    0    0     0     4 1311  361   6   0  94   0   0 2021-12-28 16:17:05 1  0            0     13108916         6960      1473508    0    0     0     0 1350  303   6   0  94   0   0 2021-12-28 16:17:06 1  0            0     13110988         6960      1471424    0    0     0     0 1307  369   6   0  94   0   0 2021-12-28 16:17:07 1  0            0     13110988         6960      1471424    0    0     0     0 1239  285   6   0  94   0   0 2021-12-28 16:17:08 1  0            0     13111016         6960      1471440    0    0     0     0 1245  356   6   0  94   0   0 2021-12-28 16:17:09 1  0            0     13111016         6960      1471440    0    0     0     4 1267  296   6   0  94   0   0 2021-12-28 16:17:10 1  0            0     13111016         6960      1471440    0    0     0     0 1449  373   6   0  94   0   0 2021-12-28 16:17:11 1  0            0     13111016         6960      1471440    0    0     0     0 1313  279   6   0  94   0   0 2021-12-28 16:17:12 1  0            0     13111016         6960      1471440    0    0     0     0 1293  309   6   0  94   0   0 2021-12-28 16:17:13 1  0            0     13111016         6960      1471440    0    0     0     0 1265  300   6   0  94   0   0 2021-12-28 16:17:14 1  0            0     13110988         6960      1471436    0    0     0     0 1531  436   6   0  94   0   0 2021-12-28 16:17:15 2  0            0     13110996         6960      1471436    0    0     0     0 1246  237   6   0  94   0   0 2021-12-28 16:17:16 1  0            0     13110996         6960      1471436    0    0     0     0 1211  228   6   0  94   0   0 2021-12-28 16:17:17 1  0            0     13110996         6960      1471436    0    0     0     0 1178  200   6   0  94   0   0 2021-12-28 16:17:18 1  0            0     13110996         6960      1471436    0    0     0     0 1200  234   6   0  94   0   0 2021-12-28 16:17:19 1  0            0     13110988         6960      1471432    0    0     0     8 1225  235   6   0  94   0   0 2021-12-28 16:17:20 1  0            0     13110988         6960      1471432    0    0     0     0 1279  272   6   0  94   0   0 2021-12-28 16:17:21 1  0            0     13110988         6960      1471432    0    0     0     0 1185  220   6   0  94   0   0 2021-12-28 16:17:22 1  0            0     13108796         6960      1473504    0    0     0     0 1128  495   4   0  96   0   0 2021-12-28 16:17:23 0  0            0     13106016         6960      1476740    0    0     0     0  329  464   0   0 100   0   0 2021-12-28 16:17:24

[root@localhost ~]# date && ./main 50 && date2021年 12月 28日 星期二 16:17:04 CST12586269025187932242021年 12月 28日 星期二 16:17:23 CST