Spring AOT应用实践

环境准备

操作系统： MacOS Monterey 12.5.1

CPU: Intel I7

安装`java17`

从Oracle下载java17对应版本，并安装在Mac系统中
设置环境变量便于快速切换shell的环境。以当前用户的zsh为例,当前用户home下的.zshrc文件中增加内容

# 指定java17的home目录
export JAVA_17_HOME='/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk-17.jdk/Contents/
Home'
# 快速将JAVA的HOME指定为java17的home目录，系统上安装多jdk版本时好用
alias java17="export JAVA_HOME=$JAVA_17_HOME"
# 设置maven别名，在使用maven命令时先设置当前shell的java环境
alias mvn17='java17;mvn '

在IDE中开发代码直接指定目录设置项目的JDK版本为java17即可，建议使用最新版本的IDEA

安装`Graalvm`

下载对应系统对应JDK版本的Graalvm，下载页面地址： https://github.com/graalvm/graalvm-ce-builds/releases/tag/vm-22.3.1

设置Graalvm的home目录

# 将Graalvm的home路径添加到系统变量中
export GRAALVM_HOME='/Users/{userName}/{path}/graalvm-ce-java17-amd64/Contents/Home'
# 将graalvm的bin目录添加到系统path中，可以直接使用bin下的命令，不再需要完整的路径
export PATH=$GRAALVM_HOME/bin:$PATH

安装native-image

$gu install native-image
# 或者使用命令全路径
$GRAALVM_HOME/bin/gu install native-image

最简示例代码

项目的代码目录如下：

项目代码目录

POM.xml文件

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
    xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 https://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>
    <!-- 继承自Springboot的parent，因此内置了native的profile及plugin等信息 -->
    <parent>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId>
        <version>3.0.3</version>
        <relativePath/> <!-- lookup parent from repository -->
    </parent>
    <groupId>cn.followtry.app</groupId>
    <artifactId>spring-image-demo</artifactId>
    <version>0.0.1-SNAPSHOT</version>
    <name>spring-image-demo</name>
    <description>测试Spring的native image</description>
    <properties>
        <java.version>17</java.version>
    </properties>
    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter</artifactId>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-actuator</artifactId>
        </dependency>

        <dependency>
            <groupId>io.micrometer</groupId>
            <artifactId>micrometer-registry-prometheus</artifactId>
        </dependency>

        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
            <scope>test</scope>
        </dependency>
    </dependencies>
    <build>
        <plugins>
        <!-- 构建原生镜像的插件 -->
            <plugin>
                <groupId>org.graalvm.buildtools</groupId>
                <artifactId>native-maven-plugin</artifactId>
                <configuration>
                    <imageName>followtry-image</imageName>
                    <buildArgs>
                    <!-- 开发时可使用，加快构建速度，部署时需要去掉 -->
                        <buildArg>-Ob</buildArg>
                    </buildArgs>
                </configuration>
            </plugin>
            <plugin>
                <groupId>org.springframework.boot</groupId>
                <artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>
            </plugin>
        </plugins>
    </build>
</project>

jAVA代码

应用启动入口类：

package cn.followtry.app.demo;

import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;

@SpringBootApplication
public class FollowtryImageApplication {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(FollowtryImageApplication.class, args);
    }
}

测试用的Service

package cn.followtry.app.demo.service;

import jakarta.annotation.PostConstruct;
import org.slf4j.Logger;
import org.slf4j.LoggerFactory;
import org.springframework.stereotype.Service;

/**
 * @author followtry
 * @since 2023/2/24 16:55
 */
@Service
public class HelloService {

    private static final Logger log = LoggerFactory.getLogger(HelloService.class);

    @PostConstruct
    public void init() {
        System.out.println("HelloService.init");
        log.info("HelloService.init");
    }

    public String sayHello(String name) {
        String msg = "hello," + name;
        log.info(msg);
        return msg;
    }
}

controller如下：

package cn.followtry.app.demo.web;

import cn.followtry.app.demo.service.HelloService;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

/**
 * @author followtry
 * @since 2023/2/25 20:18
 */
@RestController
@RequestMapping("test")
public class HelloController {

    private final HelloService helloService;

    public HelloController(HelloService helloService) {
        this.helloService = helloService;
    }

    @GetMapping("hello")
    public String hello(String name) {
        return helloService.sayHello(name);
    }
}

为了支持java17的编译，需要对maven添加编译参数.如目录.mvn下的jvm.config

内容如下：

--add-exports jdk.compiler/com.sun.tools.javac.api=ALL-UNNAMED
--add-exports jdk.compiler/com.sun.tools.javac.processing=ALL-UNNAMED
--add-exports jdk.compiler/com.sun.tools.javac.tree=ALL-UNNAMED
--add-exports jdk.compiler/com.sun.tools.javac.util=ALL-UNNAMED
--add-opens jdk.compiler/com.sun.tools.javac.code=ALL-UNNAMED
--add-opens jdk.compiler/com.sun.tools.javac.jvm=ALL-UNNAMED
--add-opens java.base/java.lang=ALL-UNNAMED
--add-opens java.base/java.math=ALL-UNNAMED
--add-opens java.base/java.util=ALL-UNNAMED
--add-opens java.base/sun.net.www.protocol.https=ALL-UNNAMED
--add-opens=java.base/jdk.internal.misc=ALL-UNNAMED
--add-opens=java.base/java.nio=ALL-UNNAMED
-Dio.netty.tryReflectionSetAccessible=true

可以看出，应用代码基本没什么特别之处，但就这样的普通代码就可以最终被编译成本地可执行的镜像文件。

编译打包

原jar包的打包方式

需执行命令mvn17 clean package(mvn17来自于文章初始部分自定义的alias)，编译后的jar文件spring-image-demo-0.0.1-SNAPSHOT.jar大小为20M，且打包耗时3.96，如图

jar文件大小

执行命令java -jar ./target/spring-image-demo-0.0.1-SNAPSHOT.jar启动java应用，从图中可以看出应用启动完耗时2.38秒，接口/test/hello?name=zhangsan可以正常访问。

字节码jar包启动耗时

native image打包方式

执行命令mvn17 clean native:compile -Pnative,经历步骤日志的关键信息包括

Scanning for projects...
maven-clean-plugin:3.2.0:clean
# native 编译前先执行类可达性分析，将需要编译的类重新生成元数据信息
native-maven-plugin:0.9.20:compile 
native-maven-plugin:0.9.20:add-reachability-metadata
maven-resources-plugin:3.3.0:resources
maven-compiler-plugin:3.10.1:compile
maven-resources-plugin:3.3.0:testResources
maven-compiler-plugin:3.10.1:testCompile
maven-surefire-plugin:2.22.2:test
spring-boot-maven-plugin:3.0.3:process-aot
maven-jar-plugin:3.3.0:jar
spring-boot-maven-plugin:3.0.3:repackage
# 需要的类元数据信息重新生成完后，开始执行Native编译

native-maven-plugin:0.9.20:compile
    GraalVM Native Image: Generating 'followtry-image' (executable)...
    [1/7] Initializing...   cost 11.4s
    [2/7] Performing analysis   cost 53.2s
    [3/7] Building universe...  cost 5.4s
    [4/7] Parsing methods...    cost 5.5s
    [5/7] Inlining methods...   cost 2.3s
    [6/7] Compiling methods..   cost 21.1s
    [7/7] Creating image...     cost 9.1s
Finished generating 'followtry-image' in 1m 56s.
Total time:  02:07 min

经过本地镜像编译后，生成的followtry-image可执行文件大小为68M,字节码编译后的jar包大小为20M。如图：

应用启动信息：

应用启动信息

两种方式的对比信息

	原Jar方式	Native Image方式	对比倍数
编译时间	3.96s	127s	Native编译慢32倍
启动时间	2.38s	0.13s	Native启动时间快18倍
编译后大小	20M	68M	Native包是Jar包的3.4倍

如文章(http://george5814.github.io/2023-02-24/spring-aot.html)中所说，SpringAOT在执行后会生成Java类对应的BeanDefinition的class信息，该步骤是在process-aot时完成的。将打好的jar包解压后可以看到如图中增加的几种字节码文件，该文件即为将注解解析后生成的类编译而成，是为了在graalvm执行native 编译时类一定存在。

jar包中新增的字节码类信息

另一个比较关键的是在META-INF中生成的反射、资源等的配置文件。已反射的配置文件reflect-config.json为例，如下图中示例，可看出SpringBoot的maven插件已经自定找到反射类信息并将其作为配置进行生成。

反射类配置文件内容

结语

本文主要讲解了从环境安装，代码编写，编译启动，打包方式对比等方面简单介绍了SpringBoot3.0 在native image的入门使用，其中的AOT原理机制解析待后续文章继续输出。

参考文章

https://www.baeldung.com/spring-native-intro#overview-1
https://graalvm.github.io/native-build-tools/latest/graalvm-s...
https://github.com/graalvm/graalvm-demos/tree/master/spring-native-image

Spring AOT应用实践

环境准备

安装`java17`

安装`Graalvm`

最简示例代码

POM.xml文件

jAVA代码

编译打包

原jar包的打包方式

native image打包方式

两种方式的对比信息

结语

参考文章

疯狂小兵

引用和评论

Spring和idea为什么不推荐使用@Autowired注入

Spring 实现 3 种异步流式接口，干掉接口超时烦恼

SpringBoot实践设计模式———装饰者模式

Spring Boot创建定时任务

Spring Boot 中的上下文

在不受支持的 Mac 上安装 macOS Monterey (OpenCore Legacy Patcher v0.4.11)

SAP S4CRM和C4C的技术比较

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