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Spring 6.0 新特性

文章目录

  • Spring的发展历史
  • AOT
  • GraalVM
  • SpringBoot实战AOT
  • RuntimeHints
    • 案例分析
    • RuntimeHintsRegistrar
  • SpringBoot中AOT核心代码

Spring的发展历史

image.png

AOT

Spring 6.0的新特性Ahead of Time(AOT)编译是一种技术,可以提前将Spring应用程序编译成原生镜像,从而加快启动速度并降低内存消耗。AOT编译与传统的即时编译(JIT)相比,最大的优点是可以在程序运行前进行预编译,避免在程序运行时进行编译和内存消耗。

JIT(Just-in-time) 动态编译,即时编译,也就是边运行边编译,在程序运行时,动态生成代码,启动比较慢,编译时需要占用运行时的资源。

AOT,Ahead Of Time 指的是运行前编译,预先编译,AOT 编译能直接将源代码转化为机器码,内存占用低,启动速度快,可以无需 runtime 运行,直接将 runtime 静态链接至最终的程序中,但是无运行时性能加成,不能根据程序运行情况做进一步的优化,AOT 缺点就是在程序运行前编译会使程序安装的时间增加。

简单来讲:JIT即时编译的是在程序的运行过程中,将字节码转换为可在硬件上直接运行的机器码,并部署至托管环境中的过程。而 AOT 编译指的则是,在程序运行之前,便将字节码转换为机器码的过程。

GraalVM

Spring6 支持的 AOT 技术,GraalVM 就是底层的支持,Spring 也对 GraalVM 本机映像提供了一流的支持。GraalVM 是一种高性能 JDK,旨在加速用 Java 和其他 JVM 语言编写的应用程序的执行,同时还为 JavaScript、Python 和许多其他流行语言提供运行时。 GraalVM 提供两种运行 Java 应用程序的方法:在 HotSpot JVM 上使用 Graal 即时 (JIT) 编译器或作为提前 (AOT) 编译的本机可执行文件。 GraalVM 的多语言能力使得在单个应用程序中混合多种编程语言成为可能,同时消除了外语调用成本。GraalVM 向 HotSpot Java 虚拟机添加了一个用 Java 编写的高级即时 (JIT) 优化编译器。

GraalVM 具有以下特性:

  1. 一种高级优化编译器,它生成更快、更精简的代码,需要更少的计算资源
  2. AOT 本机图像编译提前将 Java 应用程序编译为本机二进制文件,立即启动,无需预热即可实现最高性能
  3. Polyglot 编程在单个应用程序中利用流行语言的最佳功能和库,无需额外开销
  4. 高级工具在 Java 和多种语言中调试、监视、分析和优化资源消耗

SpringBoot实战AOT

在SpringBoot项目中通过AOT来提前编译我们的项目。

新建一个Maven项目。添加相关的依赖

    <parent><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId><version>3.0.2</version></parent><dependencies><dependency><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId></dependency></dependencies>

添加相关的SpringBoot插件

    <build><plugins><plugin><groupId>org.graalvm.buildtools</groupId><artifactId>native-maven-plugin</artifactId></plugin><plugin><groupId>org.springframework.boot</groupId><artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId></plugin></plugins></build>

编写一点简单的代码测试,打开 x64 Native Tools Command Prompt for VS 2019 ,切换到工程目录下

image.png

执行 mvn -Pnative native:compile 进行编译,编译成功就会在target目录下生成 EXE 文件,后续执行该文件就可以。

image.png
双击执行exe文件,会发现速度快很多

RuntimeHints

与常规 JVM 运行时相比,将应用程序作为本机映像运行需要额外的信息。例如,GraalVM 需要提前知道组件是否使用反射。同样,除非明确指定,否则类路径资源不会在本机映像中提供。因此,如果应用程序需要加载资源,则必须从相应的 GraalVM 原生图像配置文件中引用它。

APIRuntimeHints在运行时收集反射、资源加载、序列化和 JDK 代理的需求。

案例分析

声明个普通的实体类型

public class UserEntity {public String hello(){return "hello ...";}
}

在控制器中通过反射来操作处理

    @GetMapping("/hello")public String hello(){String res = "hello";try {Method hello = UserEntity.class.getMethod("hello");res =  (String)hello.invoke(UserEntity.class.newInstance(),null);} catch (NoSuchMethodException e) {throw new RuntimeException(e);} catch (InvocationTargetException e) {throw new RuntimeException(e);} catch (IllegalAccessException e) {throw new RuntimeException(e);} catch (InstantiationException e) {throw new RuntimeException(e);}return res;}

通过命令编译为 exe 文件

image.png

运行exe文件后,通过浏览器发起请求。

在HelloController中。通过反射的方式使用到了UserEntity的无参构造方法。如果不做任何处理。那么打成二进制可执行文件后是执行不了的,可以通过 Runtime Hints 机制来处理。

RuntimeHintsRegistrar

官网提供的解决方案,自定义一个RuntimeHintsRegistrar接口的实现类,然后把该实现类注入到Spring中

image.png

@RestController
@ImportRuntimeHints(HelloController.UserEntityRuntimeHints.class)
public class HelloController {@GetMapping("/hello")public String hello(){String res = "hello";try {Method hello = UserEntity.class.getMethod("hello");res =  (String)hello.invoke(UserEntity.class.newInstance(),null);} catch (NoSuchMethodException e) {throw new RuntimeException(e);} catch (InvocationTargetException e) {throw new RuntimeException(e);} catch (IllegalAccessException e) {throw new RuntimeException(e);} catch (InstantiationException e) {throw new RuntimeException(e);}return res;}static class UserEntityRuntimeHints implements RuntimeHintsRegistrar{@Overridepublic void registerHints(RuntimeHints hints, ClassLoader classLoader) {try {hints.reflection().registerConstructor(UserEntity.class.getConstructor(), ExecutableMode.INVOKE);} catch (NoSuchMethodException e) {throw new RuntimeException(e);}}}
}

SpringBoot中AOT核心代码

执行 mvn -Pnative native:compile时会执行GraalVM中的相关指令。最终会调用SpringApplicationAotProcessor中的main 方法来完成相关提前编译操作。

	public static void main(String[] args) throws Exception {int requiredArgs = 6; // 调用main方法接收的有6个参数Assert.isTrue(args.length >= requiredArgs, () -> "Usage: " + SpringApplicationAotProcessor.class.getName()+ " <applicationName> <sourceOutput> <resourceOutput> <classOutput> <groupId> <artifactId> <originalArgs...>");// 获取SpringBoot项目的入口classClass<?> application = Class.forName(args[0]);// 通过传递过来的参数完成相关生成目录的配置Settings settings = Settings.builder().sourceOutput(Paths.get(args[1])).resourceOutput(Paths.get(args[2])).classOutput(Paths.get(args[3])).groupId((StringUtils.hasText(args[4])) ? args[4] : "unspecified").artifactId(args[5]).build();String[] applicationArgs = (args.length > requiredArgs) ? Arrays.copyOfRange(args, requiredArgs, args.length): new String[0];// 执行 process 方法new SpringApplicationAotProcessor(application, settings, applicationArgs).process();}
	public final T process() {try {// 设置状态System.setProperty(AOT_PROCESSING, "true");return doProcess(); // 处理的核心方法}finally {System.clearProperty(AOT_PROCESSING);}}
 	@Overrideprotected ClassName doProcess() {deleteExistingOutput(); // 删除已经存在的目录// 启动SpringBoot服务  但是不会做扫描beanGenericApplicationContext applicationContext = prepareApplicationContext(getApplicationClass());return performAotProcessing(applicationContext);}
	@Overrideprotected GenericApplicationContext prepareApplicationContext(Class<?> application) {return new AotProcessorHook(application).run(() -> {Method mainMethod = application.getMethod("main", String[].class);return ReflectionUtils.invokeMethod(mainMethod, null, new Object[] { this.applicationArgs });});}

此时会执行启动类中的main方法来启动SpringBoot

image.png

在启动中创建Spring上下文对象时会做如下的处理

	private ConfigurableApplicationContext createContext() {if (!AotDetector.useGeneratedArtifacts()) {return new AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext();}return new ServletWebServerApplicationContext();}

如果没有使用AOT,那么就会创建AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext,它里面会添ConfigurationClassPostProcessor,从而会解析配置类。而如果使用了AOT,则会创建ServletWebServerApplicationContext,它就是一个空容器,它里面没有ConfigurationClassPostProcessor,所以后续不会触发扫描了。

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