JDK13的新特性:AppCDS詳解

簡介

AppCDS的全稱是Application Class-Data Sharing。主要是用來在不一樣的JVM中共享Class-Data信息，從而提高應用程序的啓動速度。

一般來講，若是要執行class字節碼，JVM須要執行下面的一些步驟：給定一個類的名字，JVM須要從磁盤上面找到這個文件，加載，並驗證字節碼，最後將它加載進來。

若是JVM啓動的時候須要加載成百上千個class，那麼須要的就不是一個小數目了。

對於打包好的jar包來講，只要jar的內容不變，那麼jar包中的類的數據始終是相同的。JVM在啓動時候每次都會運行相同的加載步驟。

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AppCDS的做用就是將這些可以共享的數據歸類成一個存儲文件，在不一樣的JVM中共享。

基本步驟

對AppCDS有了基本的瞭解以後，咱們講一下AppCDS的大概工做流程：

1. 選擇要歸檔的class，並建立一個class的列表，用在歸檔中。（ -XX:DumpLoadedClassList）
2. 建立歸檔文件（-Xshare:dump和-XX:SharedArchiveFile）
3. 使用歸檔文件（-Xshare:on 和 -XX:SharedArchiveFile）

新的JVM可使用歸檔文件來啓動，從而減小了class加載的步驟。同時加載到內存中的區域甚至能夠在其餘的JVM實例中共享。從而極大的提升了JVM的啓動速度。

下面咱們從JDK class文件歸檔和應用程序class文件歸檔兩個方面來說解AppCDS的具體使用。

JDK class文件歸檔

最簡單的AppCDS的例子就是歸檔JDK的class文件。JDK12，JDK13默認狀況下已經開啓了AppCDS的支持。若是須要停用，咱們能夠添加 -Xshare:off。

下面的例子專門用於JDK10和JDK11。

建立JDK class-data archive

咱們可使用-Xshare:dump來建立JVM啓動時候默認加載的Class-Data:

java -Xshare:dump -XX:SharedArchiveFile=/tmp/sharedarchive.jsa

上面咱們添加了參數-XX:SharedArchiveFile，由於默認狀況下java shared archive file文件會建立在JAVA_HOME/lib/server/下面，這個是須要root權限才能寫入的。爲了方便起見，咱們手動指定了一個有讀寫權限的目錄。

生成的文件大概有12M，接下來咱們就可使用這個JSA文件來啓動java程序了。

使用JDK class-data archive啓動應用程序

咱們先寫一個能夠運行的CDS hello world：

public class CDSHelloWorld {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("CDS Hello World");
    }
}

編譯以後，咱們運行下面的命令來使用上面建立的jsa文件：

java -Xlog:class+load:file=/tmp/sharedarchive.log  -XX:SharedArchiveFile=/tmp/sharedarchive.jsa --enable-preview CDSHelloWorld

上面的命令添加了兩個運行時參數：

-XX:SharedArchiveFile表示使用哪一個具體的jsa文件來運行java程序。

-Xlog:class+load:file主要是作調試用的，將會把JVM的class load信息輸出到指定的文件中，方便咱們查看。這個unified logging特性是在JDK9中添加的，後面咱們也會詳細介紹。

簡單查看一下生產的log文件：

[0.010s][info][class,load] opened: /Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk-14.0.1.jdk/Contents/Home/lib/modules
[0.017s][info][class,load] java.lang.Object source: shared objects file
[0.017s][info][class,load] java.io.Serializable source: shared objects file
[0.017s][info][class,load] java.lang.Comparable source: shared objects file
...
[0.056s][info][class,load] CDSHelloWorld source: file:/Users/learn-java-base-9-to-14/java-13/target/classes/

從生成的日誌文件咱們能夠看到，除了本身寫的java文件，其餘的java class都是從shared objects file中加載的。

運行時間對比

咱們能夠簡單的使用time命令來對兩種狀況進行一下對比，看具體的運行時間差異：

time  java -Xlog:class+load:file=/tmp/sharedarchive.log  -XX:SharedArchiveFile=/tmp/sharedarchive.jsa --enable-preview CDSHelloWorld 
CDS Hello World
java -Xlog:class+load:file=/tmp/sharedarchive.log  --enable-preview   

0.06s user 
0.06s system 
77% cpu 
0.164 total

time java  --enable-preview CDSHelloWorld 
CDS Hello World
java --enable-preview CDSHelloWorld  

0.09s user 
0.06s system 
66% cpu 
0.222 total

HelloWorld只是一個簡單的例子，可能二者的區別還不是特別明顯。

若是是大型的項目，處理JDK自帶的class以外，咱們還能夠將項目中共享的模塊作成jsa文件，從而提高啓動速度。

應用程序class文件歸檔

應用程序class文件歸檔和上面講的JDK class文件歸檔很相似。基本步驟就是：1.列出運行應用程序時須要加載的class文件。2.將這class文件歸檔。

在JDK13以前，咱們須要兩步才能生成jsa文件。在JDK13以後，只須要一個命令就好了。

生成應用程序加載class的列表

咱們可使用XX:DumpLoadedClassList來生成應用程序加載class的列表：

java -XX:DumpLoadedClassList=/tmp/classes.lst --enable-preview CDSHelloWorld

咱們能夠獲得相似下面的class文件列表：

java/lang/Object
java/io/Serializable
java/lang/Comparable
java/lang/CharSequence
java/lang/constant/Constable
java/lang/constant/ConstantDesc

使用class文件列表生成jsa文件

有了class文件列表，咱們就能夠生成jsa文件了：

java -Xshare:dump -XX:SharedArchiveFile=/tmp/sharedarchive.jsa -XX:SharedClassListFile=/tmp/classes.lst  --enable-preview CDSHelloWorld

跟以前的例子同樣，只不過多了一個-XX:SharedClassListFile參數。

JDK13的新用法

在JDK13，一切都變得簡單了，只須要一個-XX:ArchiveClassesAtExit就好：

java -XX:ArchiveClassesAtExit=/tmp/sharedarchive.jsa  --enable-preview CDSHelloWorld

JVM將會在退出時生成jsa文件。

總結

AppCDS是一個新特性，在特別關注java啓動時間的狀況下能夠考慮使用。

本文的例子https://github.com/ddean2009/learn-java-base-9-to-20

本文做者：flydean程序那些事

本文連接：http://www.flydean.com/jdk13-appcds/

本文來源：flydean的博客

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