Ahead of Time Optimizations in Spring 6

1. 概述

Spring 6 引入了一个旨在优化应用性能的新特性：预先编译（Ahead-of-Time, AOT）支持。本文将探讨Spring 6的AOT优化功能如何工作、其优势以及如何使用它。

2. 预先编译

2.1. 即时编译器（JIT）

对于大多数使用的Java虚拟机（JVM），如Oracle的HotSpot JVM和OpenJDK，当编译源代码（.java文件）时，产生的字节码会被存储在.class文件中。这样，JVM会使用即时编译器将字节码转换为机器代码。

此外，即时编译涉及JVM在运行时对字节码的解释，并将经常执行的代码动态编译为原生机器代码。

2.2. 预先编译器（AOT）

预先编译（AOT）是一种在应用程序运行前将字节码编译为原生机器代码的技术。

Java虚拟机通常不支持此功能。然而，Oracle在OpenJDK项目中的HotSpot JVM实验性地发布了名为“GraalVM Native Image”的AOT功能，允许预先编译代码。

预编译后，计算机处理器可以直接执行代码，无需JVM解释字节码，从而提高了启动时间。

在这篇文章中，我们将不会详细讨论AOT编译器。有关AOT编译的详细介绍，请参考我们的另一篇文章：预先编译（AOT）概述

3. Spring 6中的AOT

3.1. AOT优化

构建Spring 6应用时，我们需要考虑三种不同的运行时选项：

在JRE上运行的传统Spring应用。
在编译阶段AOT阶段生成的代码，在JRE上运行。
在编译阶段AOT阶段生成的代码，在GraalVM原生映像中运行。

让我们来看看Spring 6的新功能——第二种选择（第一种是传统的构建，另一种是原生映像）。

首先，我们需要设置环境以支持AOT编译：获取GraalVM的最新入门指南。

通过AOT编译构建应用在性能和资源消耗方面具有多个优势：

死代码消除：AOT编译器可以移除在运行时从未执行过的代码，这可以通过减少需要执行的代码量来提高性能。
内联：内联是一种技术，AOT编译器将函数调用替换为实际的函数代码。这可以减少函数调用的开销，从而提高性能。
常量传播：AOT编译器通过在编译时替换可确定的常量值来优化性能，消除了运行时计算的需求，从而提高性能。
跨过程优化：AOT编译器可以通过分析程序的调用图来优化跨多个函数的代码，减少函数调用的开销并识别常见的子表达式，从而提高性能。
对象定义：Spring 6的AOT编译器通过减少不必要的BeanDefinition实例来提高应用效率。

现在，我们使用命令构建带有AOT优化的应用：

mvn clean compile spring-boot:process-aot package

然后，我们使用以下命令运行应用：

java -Dspring.aot.enabled=true -jar <jar-name>

我们可以设置构建插件默认启用AOT编译：

<plugin>
     <groupId>org.springframework.boot</groupId>
     <artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>
     <executions>
     <execution>
         <id>process-aot</id>
         <goals>
         <goal>process-aot</goal>
         </goals>
     </execution>
     </executions>
</plugin>

3.2. AOT优化中的问题

当我们决定使用AOT编译构建应用时，可能会遇到一些问题，例如：

反射：它允许在编译时无法确定的动态调用方法和访问字段。AOT编译器无法确定动态调用的类和方法。
配置文件：配置文件的内容可能在运行时更改。AOT编译器无法动态确定使用的配置文件内容。
代理：代理通过提供对象的代理或占位符来控制对另一个对象的访问。由于代理可以动态重定向方法调用到其他对象，这使得AOT编译器难以确定运行时将调用哪些类和方法。
序列化：序列化将对象的状态转换为字节流，反之亦然。总体而言，这可能使AOT编译器难以确定运行时将调用哪些类和方法。

为了确定Spring应用中的哪些类存在问题，我们可以使用提供反射操作信息的代理。

现在，让我们配置Maven插件以包含一个JVM参数来协助解决这个问题：

<plugin>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>
    <configuration>
        <jvmArguments>
            -agentlib:native-image-agent=config-output-dir=target/native-image
        </jvmArguments>
    </configuration>
    <!- ... -->
</plugin>

然后，我们使用以下命令运行它：

./mvnw -DskipTests clean package spring-boot:run

在target/native-image/目录下，我们会找到像reflect-config.json、resource-config.json等生成的文件。

如果这些文件中定义了内容，那么是时候定义RuntimeHints，以便正确编译可执行文件。

4. 总结

本文介绍了Spring 6的AOT优化新特性。

如往常一样，示例的完整源代码可以在GitHub上找到。

Persistence

REST

Security