《Spring核心技术》第39章：AOT预编译技术概述

作者：冰河
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本章难度：★★☆☆☆
本章重点：了解提前编译技术，了解JIT和AOT的区别，了解Graalvm与Native Image编译技术。

本章目录如下所示：

学习指引
JIT与AOT概述
- JIT即时编译
- AOT预编译
- JIT与AOT的联系
AOT的优缺点
- AOT优点
- AOT缺点
Graalvm
Native Image
总结
VIP服务

一、学习指引

你了解过AOT预编译技术吗？

Spring6版本提供了AOT预编译技术，能够极大的减少应用程序的启动时间，并能够减少应用程序占用JVM的内存空间。另外，传统的 Spring 应用程序都是必须依赖于 Java 虚拟机（JVM）运行的，Spring6开始支持AOT，也就是无需 JVM，而是提供了另外一种运行和部署应用的方式。本章，就简单介绍下有关AOT预编译的技术。

二、JIT与AOT概述

简单聊聊JIT和AOT技术~~

JIT表示即时编译，也就是在程序运行时进行编译。AOT表示预编译，也叫做提前编译或静态编译，在程序运行前编译。

2.1 JIT即时编译

JIT在程序运行时，根据一定的算法计算出热点代码，然后进行 JIT 实时编译，这种方式吞吐量高，如果对程序进行运行时性能加成，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。

JIT 缺点就是编译需要占用运行时资源，会导致进程卡顿，最明显的就是在程序运行过程中，突然变得卡顿，又很快恢复正常。

2.2 AOT预编译

AOT预编译，也叫做提前编译，它能够直接将源代码转化为机器码，内存占用低，启动速度快，可以不需要运行环境的支持就能够运行，直接将运行时环境静态链接至最终的程序中，但是无运行时性能加成，不能根据程序的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增加程序的安装时间，并且在运行时，不能根据程序的运行情况做进一步的优化。

**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。一个侧重运行时，一个侧重运行之前。

2.3 JIT与AOT的联系

对于Java虚拟机来说，第一种即时编译 (JIT) 是默认模式，Java Hotspot 虚拟机使用它在运行时将字节码转换为机器码。后者提前编译 (AOT)由新颖的 GraalVM 编译器支持，并允许在构建时将字节码直接静态编译为机器码。

现在正处于云原生，降本增效的时代，Java 相比于 Go、Rust 等其他编程语言非常大的弊端就是启动编译和启动进程非常慢，这对于根据实时计算资源，弹性扩缩容的云原生技术相冲突，Spring6 借助 AOT 技术在运行时内存占用低，启动速度快，逐渐的来满足 Java 在云原生时代的需求。

三、AOT的优缺点

简单聊聊AOT预编译的优缺点~~

AOT技术能够让程序在运行前就已经编译完成，能够极大的减少程序启动的时间和运行时内存的占用。当然，每种技术在具备其优点的同时，也会多多少少存在一些缺点。本节，就简单聊聊AOT技术的优缺点。

3.1 AOT优点

Java 虚拟机加载已经预编译成的二进制库，可以直接执行。不必等待及时编译器的预热，减少 Java 应用给人带来“第一次运行慢” 的不良体验。

在程序运行前编译，可以避免在运行时的编译性能消耗和内存消耗。
可以在程序运行初期就达到最高性能，程序启动速度快。
编译结果只有机器码，打包体积小。

3.2 AOT缺点

AOT总体来说会有如下一些缺点。

AOT不能根据硬件情况或程序运行情况择优选择机器指令序列，理论峰值性能不如JIT。
没有动态能力，编译结果强依赖特定环境，不能跨平台运行。

Spring6 支持的 AOT 技术，底层就是 GraalVM ，Spring 也对 GraalVM 本机映像提供了支持。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：一种是在 HotSpot JVM 上使用 Graal 即时 (JIT) 编译器，另一种是运行提前 (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，同时消除了跨语言调用的成本。GraalVM 向 HotSpot JVM 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）利用高级工具在 Java 和多种语言中调试、监视、分析和优化资源消耗。

五、Native Image

最后再一起聊聊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。

六、总结

AOT预编译技术的基础知识介绍完了，我们一起总结下吧！

本章，主要介绍了AOT预编译技术的基础知识，首先，介绍了JIT即时编译技术和AOT预编译技术的区别和联系，随后介绍了AOT的优缺点。接下来，简单介绍了Graalvm和Native Image。

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