小径分叉的花园

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21 Mar 2018

Java 10 新特性之 AppCDS

Oracle 昨天公布了 Java 10 的 GA 版本，Java 10 里面除了本地变量类型推断之外，还扩展了原来的 CDS 的能力为 AppCDS。

什么是 CDS

CDS 的全称是 Class-Data Sharing，CDS 的作用是可以让类可以被预处理放到一个归档文件中，后续 Java 程序启动的时候可以直接带上这个归档文件，这样 JVM 可以直接将这个归档文件映射到内存中，以节约应用启动的时间。

这个特性其实 JDK 1.5 就开始引入了，但是 CDS 只能作用与 Boot Class Loader 加载的类，不能作用于 App Class Loader 或者自定义的 Class Loader 加载的类，其实有点鸡肋，而且这个是 Oracle JDK 的商业特性，在 OpenJDK 中似乎没有。

这次在 Java 10 中，则将 CDS 扩展为 AppCDS，顾名思义，AppCDS 不止能够作用于 Boot Class Loader，App Class Loader 和自定义的 Class Loader 也都能够起作用，大大加大了 CDS 的适用范围。有了 AppCDS，可以给 Java 的应用程序带来两个方面的好处：

  • 可以提升一些大型的 Java 应用的启动速度。
  • 可以提升 Serverless 的应用程序的启动速度。我觉得这个点可能是 Java 10 提供 AppCDS 的主要原因，Serverless 极可能成为未来的应用的一种非常常见的形态，而把 Java 应用在 Serverless 上，相比于其他的语言来说，一个很大的劣势就是 JVM 的启动速度太慢了，虽然像 AWS 的 Lambda，会给 Java 的 Serverless 应用加上 -client 来用 Client 模式跑加快启动速度，但是实际上效果甚微。有了 AppCDS，可以大大加快 Serverless 应用的启动速度，按照 AppCDS 的 JEP 的说明，对于一个 JEdit 来说，AppCDS 可以为 JEdit 提升 20% 到 30% 的启动速度。

尝试 AppCDS

作者写了一个简单的 Java 应用，来测试 AppCDS 的效果。程序的代码已经放到了 Github 上面，大家可以直接去看，这里只给出大概的操作步骤和最后的测试效果。

1. 决定要 Dump 哪些 Class

一般来说，一个 Java 应用程序会包含很多的 Class 文件，但是在运行中，并不是所有的 Class 文件都会被用到，所以，第一步我们需要来决定具体需要使用哪些 Class 文件，你需要给你的运行命令上加上如下的 JVM 参数：

-Xshare:off -XX:+UseAppCDS -XX:DumpLoadedClassList=hello.lst

几个参数的意思分别是：

  • -Xshare:off：这个参数的意思是不做任何内存的共享，也就是不利用 AppCDS 产生的文件来做内存映射。因为是要决定 Dump 哪些类的内存到归档文件中，所以这个参数需要关掉。
  • -XX:+UserAppCDS：默认的情况下 AppCDS 不会开启，所以我们需要加上这个参数来开启 AppCDS。
  • -XX:DumpLoadedClassList：表示需要把需要做 Dump 的类名写入到哪个文件中。

这个命令执行之后，会出现一个 hello.lst 的文件，里面就是一个个的类名，下面是一部分内容的截图：

2. 将类的内存 Dump 到归档文件中

有一个需要 Dump 的类的列表之后，第二步，我们就可以将类的内存 Dump 到归档文件中了，在这一步中，我们需要将以下的参数加入到 JVM 参数中去：

-Xshare:dump -XX:+UseAppCDS -XX:SharedClassListFile=hello.lst -XX:SharedArchiveFile=hello.jsa

几个参数的含义分别如下：

  • -Xshare:dump：表示现在要进行类的内存的 Dump。
  • -XX:SharedClassListFile：用来指定需要 Dump 的类的列表。
  • -XX:SharedArchiveFile：表示需要将类的内存 Dump 到哪个归档文件中。

运行上面的命令之后，我们会得到一个 hello.jsa 的文件，包含需要的内存信息的 Dump。

3. 使用 Dump 出来的归档文件加快应用启动速度

有了前面的归档文件之后，我们就可以来加速应用的启动速度了，为了使用上述的归档文件，我们需要在 JVM 中加上如下的参数：

-Xshare:on -XX:+UseAppCDS -XX:SharedArchiveFile=hello.jsa

几个参数的含义分别如下：

  • -Xshare:on：表示打开内存映射。
  • -XX:SharedArchiveFile=hello.jsa：表示用来做内存映射的归档文件是 hello.jsa。

4. 测试效果

在我的本机上，不使用 AppCDS 和使用 AppCDS 的效果如下：

不使用 AppCDS

使用 AppCDS

可以看到，对于这样一个简单的应用，AppCDS 还是有 20% 左右的启动速度提升的，当然这个应用的很多的启动时间都花在了类加载上，其他的耗时不多，所以效果挺好。如果其他的应用程序的启动时间花在类上的加载时间比较少的话，可能效果就没有这么明显。

坑

看起来 AppCDS 很美好，但是目前我使用下来有几个坑：

  • 虽然 AppCDS 号称可以支持自定义的 ClassLoader，但是我试了一个 SpringBoot 的应用，发现对于没有在 -classpath 中指定的 JAR 包中的类，并不会有效果。
  • 如果你下载 Oracle 的 JDK，需要加上 -XX:+UnlockCommercialFeature 来开启 AppCDS，但是 OpenJDK 却不用，也是很奇怪，😅