Java 9 AOT 试用:仅支持 64 位 Linux和java.base 模块编译

Java 9 引入了 aot 编译方式，能够将 class 文件直接编译成可执行二进制文件。目前 Java 9 的 early access 版本已经提供了编译工具，让我们来看看它的功能吧。

注意：按照 JEP 295 描述，目前版本的 AOT，仅支持 64 位 Linux 操作系统。

jaotc 使用

首先需要下载最新的Java 9（JDK），本文编写时，最新版本是Build 152。下载好的JDK 只需要解压即可使用，特别注意使用前设置好 PATH和JAVA_HOME两个环境变量，避免和机器上已经安装的 JDK 混淆。笔者安装到了 $HOME/bin/jdk-9，并设置了：

export PATH=~/bin/jdk-9/bin:$PATH

export JAVA_HOME=~/bin/jdk-9

需要使用jaotc，首先需要有个测试类，首先从 Hello World 开始：

class HelloWorld {

public static void main(String[] args) {

System.out.println("Hello World!");

}

}

代码非常简单，但是在执行 jaotc 之前，还需要将其编译成 class 文件，直接使用 javac 即可：

$ javac HelloWorld.java

执行成功之后，会生成 HelloWorld.class 文件。此时直接使用 java 命令，已经可以正常运行这个类：

$ java HelloWorld

Hello World!

这时，就可以基于这个 class 文件，通过jaotc命令将其编译成二进制文件了。

$ jaotc --output libHelloWorld.so HelloWorld.class

如果一切正常，会生成 libHelloWorld.so 文件。

如果出现类似Exception in thread "main" java.lang.UnsatisfiedLinkError: /home/babydragon/bin/jdk-9/lib/libjelfshim.so: libelf.so.1: 无法打开共享对象文件: 没有那个文件或目录的错误，是因为jaotc需要依赖 libelf 动态链接库来创建 elf 文件（最终生成的 libHelloWorld.so 文件是一个静态链接的 elf 文件）。笔者使用的是 Gentoo 系统，需要安装 dev-libs/elfutils 包，以提供 libelf.so 这个动态连接库。安装之后可以通过ldd命令进行确认：

$ ldd $JAVA_HOME/lib/libjelfshim.so

linux-vdso.so.1 (0x00007ffd001f3000)

libelf.so.1 => /usr/lib64/libelf.so.1 (0x00007f25ea2ce000)

libc.so.6 => /lib64/libc.so.6 (0x00007f25e9f35000)

libz.so.1 => /lib64/libz.so.1 (0x00007f25e9d1d000)

/lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x0000562318d51000)

前面通过jaotc命令成功生成了 libHelloWorld.so。虽然命令里面参照 JEP 295 的示例将生成的文件后缀设置成了 so，但如果使用ldd命令查看，会发现它其实是一个静态链接库：

$ ldd libHelloWorld.so

statically linked

通过nm命令，可以看见代码段中的函数入口：

$ nm libHelloWorld.so

0000000000002420 t HelloWorld.()V

0000000000002520 t HelloWorld.main([Ljava/lang/String;)V

最后，需要执行时需要通过参数-XX:AOTLibrary参数指定需要加载的经过 aot 预编译好的共享库文件：

java -XX:AOTLibrary=./libHelloWorld.so HelloWorld

注意：虽然已经将整个 HelloWorld 类都通过 jaotc 编译成共享库文件，运行时仍然需要依赖原有的 HelloWorld.class 文件。

此时执行的输出，和之前不使用 AOT 的输出完全相同。

来把大的——将 java.base 模块编译成 AOT 库

JEP 295 中已经说明，在 Java 9 初始发布的时候，只保证 java.base 模块可以被编译成 AOT 库。

继续参照 JEP 295，创建 java.base-list.txt 文件，内容主要是排除一些编译有问题的方法，具体内容参照原文。

然后执行命令：

jaotc -J-XX:+UseCompressedOops -J-XX:+UseG1GC -J-Xmx4g --compile-for-tiered --info --compile-commands java.base-list.txt --output libjava.base-coop.so --module java.base

在笔者的机器上（i7-6600U + 16G 内存 + 256G NVMe SSD），排除上述方法之后，编译时间大约为 9 分多钟。

48878 methods compiled, 4 methods failed (497771 ms)

Parsing compiled code (1126 ms)

Processing metadata (15811 ms)

Preparing stubs binary (0 ms)

Preparing compiled binary (104 ms)

Creating binary: libjava.base-coop.o (5611 ms)

Creating shared library: libjava.base-coop.so (7306 ms)

Total time: 542536 ms

完成之后，就可以使用 AOT 版本的 java.base 模块：

java -XX:AOTLibrary=java_base/libjava.base-coop.so,./libHelloWorld.so HelloWorld

同样，针对 AOT，jvm 也新增了参数打印哪些方法是通过加载 AOT 预编译库执行。

java -XX:+PrintAOT -XX:AOTLibrary=java_base/libjava.base-coop.so,./libHelloWorld.so HelloWorld

输出可以和不使用 java.base 的 AOT 进行比较，发现不使用 java.base 的 AOT 库，只能会加载 libHelloWorld.so 中对应的方法。

$ java -XX:+PrintAOT -XX:AOTLibrary=./libHelloWorld.so HelloWorld

11 1 loaded ./libHelloWorld.so aot library

105 1 aot[ 1] HelloWorld.()V

105 2 aot[ 1] HelloWorld.main([Ljava/lang/String;)V

Hello World!

$ java -XX:+PrintAOT -XX:AOTLibrary=java_base/libjava.base-coop.so,./libHelloWorld.so HelloWorld

13 1 loaded java_base/libjava.base-coop.so aot library

13 2 loaded ./libHelloWorld.so aot library

[Found [Z in java_base/libjava.base-coop.so]

[Found [C in java_base/libjava.base-coop.so]

[Found [F in java_base/libjava.base-coop.so]

[Found [D in java_base/libjava.base-coop.so]

[Found [B in java_base/libjava.base-coop.so]

[Found [S in java_base/libjava.base-coop.so]

[Found [I in java_base/libjava.base-coop.so]

[Found [J in java_base/libjava.base-coop.so]

31 1 aot[ 1] java.lang.Object.()V

31 2 aot[ 1] java.lang.Object.finalize()V

...

输出太长，节选部分输出，我们可以看见 java 基础类及其方法都通过 AOT 的方式进行加载。

实用吗？

目前 AOT 的局限有：

仅支持 64 位 Linux 操作系统：这个问题不是很大，毕竟大部分线上服务器都能够满足；

操作系统需要预装 libelf 库，以确保能够生成 elf 文件：这个问题也不大，仅生成时需要；

AOT 编译和执行环境需要相同：毕竟是二进制文件，引入了平台相关性；

Java 9 最初发布时，只支持 java.base 模块可以编译成 AOT 库；

目前只支持 G1 和 Parallel GC 两种 GC 方式：前面没有提到，AOT 编译时的 JVM 参数和运行时需要相同，也包括 GC 方式，也就是说如果用了 AOT，JVM 实际运行时也只能使用这两种 GC 方式之一；

可能会无法编译通过动态生成 class 文件或者修改字节码的 java 代码（如 lambda 表达式、反射调用等）：这个可能会比较坑，后面会讲到；

JVM 运行时参数设置必须和 AOT 库编译时相同；

AOT 可能带来的好处，是 JVM 加载这些已经预编译成二进制库之后，可以直接调用，而无需再将其运行时编译成二进制码。理论上，AOT 的方式，可以减少 JIT 带来的预热时间，减少 Java 应用长期给人带来的“第一次运行慢”感觉。

不过，本文使用的 HelloWorld 过于简单，无法通过对比得出 AOT 是否可以减少 JVM 初始化时间。笔者尝试对一个小型 springboot 应用进行 AOT 化，但是 springboot 框架本身无法在 Java 9 中运行。同时直接对 spring-core 的 jar 包执行 jaotc 也因为各种依赖问题而失败。

经过各种尝试，目前 Java 9 的 AOT 功能还处于很初步的阶段：

缺少 maven 等管理工具集成，无法方便的对项目指定 jar 或者 class 文件比构建 AOT 库；

大型框架还没有官方支持，构建 AOT 库难度比较高；

大型框架如果直接提供 AOT 库，可能会因为由特定平台构建，而在本地无法使用；

期待 Java 9 正式发布的时候，能够对 AOT 有更好的支持。