Spring（十）：提前编译：AOT（Spring6 新特性）

AOT 这个概念是和 JIT 相对应的，Spring6 新加入了对 AOT 的支持，通过这种方式进行编译，启动速度快、内存占用低，更适合云原生的要求。

AOT 概述

JIT 和 AOT

JIT 和 AOT 这个名词是指两种不同的编译方式，这两种编译方式的主要区别在于是否在「运行时」进行编译。

JIT，Just-in-time，动态（即时）编译，边运行边编译

在程序运行时，根据算法计算出热点代码，然后进行 JIT 实时编译。
吞吐量高，有运行时性能加成，可以跑得更快，并可以做到动态生成代码等。
但是相对启动速度较慢，并需要一定时间和调用频率才能触发 JIT 的分层机制。
编译需要占用运行时资源，会导致进程卡顿。

AOT，Ahead-of-time，指运行前编译，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 AOT 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。
在程序运行前编译会使程序安装的时间增加。

简单来讲：JIT 即时编译指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。
.java -> .class -> (使用jaotc编译工具) -> .so（程序函数库,即编译好的可以供其他程序使用的代码和数据）

使用 AOT 可以大幅提高启动编译和启动进程的速度，降低内存占用，更贴合云原生时代的需求。

Graalvm

Spring6 支持的 AOT 技术，这个 GraalVM 就是底层的编译器支持，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加速。

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
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

总的来说对云原生的要求不算高短期内可以继续使用 2.7.X 的版本和 JDK8，不过 Spring 官方已经对 Spring6 进行了正式版发布。

Native Image

目前业界除了这种在 JVM 中进行 AOT 的方案，还有另外一种实现 Java AOT 的思路，那就是直接摒弃 JVM，和 C/C++ 一样通过编译器直接将代码编译成机器代码，然后运行。这无疑是一种直接颠覆 Java 语言设计的思路，那就是 GraalVM Native Image。它通过 C 语言实现了一个超微缩的运行时组件 —— Substrate VM，基本实现了 JVM 的各种特性，但足够轻量、可以被轻松内嵌，这就让 Java 语言和工程摆脱 JVM 的限制，能够真正意义上实现和 C/C++ 一样的 AOT 编译。这一方案在经过长时间的优化和积累后，已经拥有非常不错的效果，基本上成为 Oracle 官方首推的 Java AOT 解决方案。

Native Image 是一项创新技术，可将 Java 代码编译成独立的本机可执行文件或本机共享库。在构建本机可执行文件期间处理的 Java 字节码包括所有应用程序类、依赖项、第三方依赖库和任何所需的 JDK 类。生成的自包含本机可执行文件特定于不需要 JVM 的每个单独的操作系统和机器体系结构。

Native Image 构建过程

官网下载
解压文件，设置环境变量 GRAALVM_HOME ，并且配置 JAVA_HOME（位置和 GRAALVM_HOME 一样），配置 Path
使用命令 gu install native-image 安装 native-image

编写 Hello.java

class Hello {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("hello world!");
    }
}

使用 javac 编译 Hello.java
编译后使用 native-image Hello 进一步编译为机器码（需要配置 C++ 编译环境）
执行编译出的 Hello.exe

小结

AOT 是与 JIT 相对的概念，两者的本质区别在于编译优化的时间，是在运行时还是在运行前。
Graalvm 是 Spring6 支持的 AOT 技术的底层编译器支持，Native Image 是 Graalvm 中的一种完全摈弃 JVM，直接编译为机器码的实现 AOT 的技术。