【jar 很大，你忍一下】GraalVM 21.2 發(fā)布，大量實用性改進

一、前言

GraalVM 21.2已經(jīng)發(fā)布，在這篇文章中，我們將重點介紹這個版本中最明顯、最重要、最令人興奮的更新。

首先，GraalVM 21.2版本可從下列地方下載：

• GraalVM：https://www.graalvm.org/downloads
• GraalVM Enterprise：https://www.oracle.com/downloads/graalvm-downloads.html

GraalVM 由幾個組件組成，在每一個版本中，我們都在努力改進它們。因此，如果你對某個特定組件感興趣，并希望獲得更改的更詳細概述，請參閱文檔^[1]。

二、Native Image

讓我們先從Native Image中值得注意的新內(nèi)容開始。早在6月份，我們就為Native Image發(fā)布了新的Gradle和Maven插件，并且提供了最初的JUnit5的支持。它簡化了構(gòu)建你的應(yīng)用程序的Native Image的過程，并且允許用JUnit的方式在Native Image模式下測試你的代碼運行情況。

從最初的版本發(fā)布以來，已經(jīng)有兩個小版本對各種bug進行了修復(fù)，改進和清理，所以如果你維護了一個使用 Native Image 的應(yīng)用程序或庫，考慮運行這兩個測試去驗證在 Native Image中的運行情況^[2]！

另一個改進是現(xiàn)在 Native Image 會自動從 image 中刪除不必要的 security providers 這些可以被訪問的 security providers 會被靜態(tài)分析程序檢測。這意味著像 --enable-all-security-services 之類的參數(shù)會被棄用，并且在未來會被移除。也可以使用 -H:-EnableSecurityServicesFeature 完全禁用自動檢測并手動注冊provider。你可以從這個文檔^[3]中了解到更多細節(jié).

21.2 中一個非常受歡迎的新增功能是實現(xiàn) class 預(yù)定義，以支持運行時的ClassLoader.loadClass調(diào)用。需要在運行時加載的所需 class 必須在構(gòu)建時提供給靜態(tài)分析，以便將它們包含在封閉世界中分析，包含在運行時任意時刻加載類的代碼模式現(xiàn)在可以在 native images 中工作，正如您所期望的那樣。

GraalVM 21.2 的另一個有趣的基礎(chǔ)增強是使用-H:+AllowVMInspection構(gòu)建的 Native Images 現(xiàn)在支持用Java 編寫 JFR 事件^[4]。要在運行時記錄 JFR 事件，必須使用命令行選項-XX:+FlightRecorder和-XX:StartFlightRecording來啟用 JFR 支持和 JFR 記錄。實際需要實現(xiàn)的事件并不多，但實現(xiàn)它們或從應(yīng)用程序代碼發(fā)出它們的體系結(jié)構(gòu)是可用的。

你可以嘗試以下示例來查看自定義事件在實踐中的效果：

import jdk.jfr.Event;
import jdk.jfr.Description;
import jdk.jfr.Label;

public class Example {

 @Label("Hello World")
 @Description("Helps programmer getting started")
 static class HelloWorld extends Event {
    @Label("Message")
    String message;
 }

 public static void main(String... args) {
    HelloWorld event = new HelloWorld();
    event.message = "hello, world!";
    event.commit();
 }
}

將其構(gòu)建到本機映像中，使用-XX:+FlightRecorder -XX:StartFlightRecording=”filename=recording.jfr”運行，你可以在 VisualVM 中看到事件的樣子：

三、編譯器更新

每次更新都會在編譯器中帶來增量的改進和新的優(yōu)化，從而增加一些工作性能。隨著時間的推移，這些收益積累起來，并導(dǎo)致顯著的性能提升。如果你最近沒有更新，現(xiàn)在是利用所有這些改進的好時機。在21.2中，向編譯器添加了許多有趣的優(yōu)化。讓我們從GraalVM Enterprise中可用的組件開始，它們是Oracle Java SE訂閱的一部分。

我們改進了計數(shù)循環(huán)的循環(huán)限制分析，因此編譯器還分析循環(huán)前的控制流，以推斷歸納變量。這可以產(chǎn)生更多的未計數(shù)循環(huán)，就像下面的例子一樣，可用于高級優(yōu)化

long i = 0;
if (end < 1) return;
do {
    // body
    i++;
} while (i != end);

在這里，編譯器可以結(jié)合循環(huán)之前i為0且end ≥ 1的信息來證明end > i并使用該數(shù)據(jù)來優(yōu)化循環(huán)體。

我們還為非計數(shù)循環(huán)添加了一種新穎的條帶挖掘優(yōu)化，它將循環(huán)迭代拆分為多個部分，使它們更易于以后優(yōu)化。默認情況下是禁用的；使用-Dgraal.StripMineNonCountedLoops=true選項啟用它。

我們改進了使用 StringBuilder 模式的代碼的編譯，并通過使基于 JDK11 的 GraalVM 構(gòu)建知道JDK11 中的緊湊字符串來增強對這些模式的支持。

然后就 GraalVM 社區(qū)版而言，編譯器的一個顯著改進是增加了Speculative Guard Movement優(yōu)化，它試圖將循環(huán)不變保護（例如：數(shù)組邊界檢查）從循環(huán)內(nèi)部移動到循環(huán)外部。這可以顯著改善相關(guān)工作性能。

此外，我們改進了long計數(shù)循環(huán)中的安全點消除機制。編譯器現(xiàn)在可以消除具有long歸納變量的循環(huán)中的安全點，它可以靜態(tài)證明歸納變量的范圍是Integer.MAX_VALUE - Integer.MIN_VALUE。思考這個 for 循環(huán)示例：

for (long i = Integer.MIN_VALUE;i< Integer.MAX_VALUE;i++) {
// body
}

編譯器現(xiàn)在可以靜態(tài)證明i只在整數(shù)范圍內(nèi)迭代，即使它是一個long整數(shù)。因此，不需要考慮整數(shù)溢出的情況，循環(huán)的優(yōu)化效果更好。

除此之外，此版本中還有一些可用的優(yōu)化在默認情況下尚未啟用，并且被認為是實驗性的。一項名為Write Sinking的實驗性優(yōu)化嘗試將寫入移出循環(huán)。你可以使用-Dgraal.OptWriteMotion=true啟用它。GraalVM Enteprise 中提供的另一個優(yōu)化（默認情況下尚未啟用）是針對順序代碼的新穎 SIMD（單指令多數(shù)據(jù)）矢量化優(yōu)化。你可以使用-Dgraal.VectorizeSIMD=true選項進行實驗。如果你還沒有準備好自己進行實驗，請繼續(xù)關(guān)注 在即將發(fā)布的獨立文章中，我們將詳細探討它給你帶來了什么，以及你的代碼如何從中受益。

四、多語言和Truffle框架

Truffle 受到了一個新的編譯隊列啟發(fā)，默認情況下啟用。這種新的啟發(fā)式改進了多語言運行時在工作性能上的預(yù)熱時間。

下面簡要解釋一下它的作用：假設(shè)以下合成的 JavaScript 代碼是你的應(yīng)用程序。循環(huán)運行2個函數(shù)，都達到了JIT編譯的閾值，需要編譯：

function lowUsage() {
 for (i = 0; i < COMPILATION_THRESHOLD; i++) {
  // Do something
 }
}

function highUsage() {
 for (i = 0; i < 100 * COMPILATION_THRESHOLD; i++) {
  // Do something
 }
}

while(true) {
 lowUsage();
 highUsage();
}

在以前的 GraalVM 版本中，優(yōu)先編譯的算法是按先到先得的順序工作的。這將導(dǎo)致首先編譯lowUsage函數(shù)，而不是先編譯highUsage的更有利的順序。

現(xiàn)在在 GraalVM 21.2 中，該策略比 hotness 更為復(fù)雜，并考慮了多層設(shè)置，更快地編譯第一層，編譯歷史記錄和取消優(yōu)化對以前確定為重要的代碼進行優(yōu)先級排序，以及代碼 hotness 和同時使用活躍度的加權(quán)組合?？偠灾?，這應(yīng)該會為所有 GraalVM 語言帶來更好的預(yù)熱。

有額外的配置選項來調(diào)整啟發(fā)式或完全禁用它的使用。在文檔^[5]中了解更多信息。

另一個變化是嵌入多語言上下文時的某些 API 調(diào)用需要新版本的JVMCI，即用于將編譯器插入 Java HotSpot VM 的編譯器接口。所有 JDK 版本的 GraalVM 發(fā)行版都包含新的 JVMCI，但如果你使用具有不同 JDK 的 GraalVM 語言并在模塊路徑上啟用 GraalVM 編譯器，請確保使用以下包含JDK-8264016的 JDK 版本，保證完全的兼容性。

否則使用強制上下文取消 (Context.close(true)) 或中斷 (Context.interrupt(Duration)) 將拋出錯誤。為了獲得最佳體驗，請考慮使用 Graa lVM 發(fā)行版來運行你的應(yīng)用程序或避免使用這些 API。注釋中^[6]描述了其他可能的解決方法。

既然我們正在討論的是與 Truffle 相關(guān)的更改，因此 GraalVM 21.2 中有一些令人興奮的更新，用于在 GraalVM 上實現(xiàn)語言和工具的項目。Truffle 庫現(xiàn)在可以在無需事先執(zhí)行的情況下為提前編譯做好準備。有關(guān)更多詳細信息，請參閱 ExportLibrary.useForAOT^[7] 和 AOT 教程^[8]。

五、JavaScript

JavaScript 實現(xiàn)繼續(xù)添加和更新最新提案的實現(xiàn)，如新的 Set 方法^[9]、實驗運算符重載支持^[10]或 RegExp 匹配索引提案。你可以在發(fā)行說明中找到有關(guān)如何啟用這些功能的詳細信息。

最重要的是，Graal.js 通過在多語言Context跟蹤未處理的 promise rejections 選項來增強開發(fā)體驗。默認情況下，該選項設(shè)置為none，并且不會跟蹤未處理的 promise rejections，但是你可以使用js.unhandled-rejections選項進行配置，并使你的開發(fā)更輕松。

六、Ruby

Ruby 也一如既往地經(jīng)歷了一系列持續(xù)不斷的兼容性和性能改進。一個非常有影響力的附加功能是通過使用每個名稱和每個類的假設(shè)來精確地使 Ruby 方法和常量失效。在加載 Ruby 代碼時，由于 Ruby 的語義，會逐個添加方法，在加載文件時會執(zhí)行大量的代碼。根據(jù)每個類的假設(shè)（這是它在此更改之前在其他 Ruby 實現(xiàn)和 TruffleRuby 中的行為方式），它將使所有調(diào)用該類方法的調(diào)用站點無效。通過精確失效，它只會使下一次調(diào)用實際上需要調(diào)用另一種方法的調(diào)用站點失效。這改善了現(xiàn)實世界代碼的預(yù)熱。

隨著這些更改，我們更新到了 Ruby 2.7.3，除了 resolvstdlib 沒有更新（2.7.3 中的 resolv 有bug^[11]）。我們還添加了一個新的TruffleRuby::ConcurrentMap數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于 ruby 并發(fā)。

有關(guān)許多其他更改和修復(fù)，請查看發(fā)行說明^[12]。

七、Python

在這個版本中，我們實現(xiàn)了一個比純 Python 版本更快的_pickle，使序列化更快。

改進了對與其他語言的互操作性的支持，使dict類型按照你期望的方式工作，現(xiàn)在使用 Truffle 哈希實現(xiàn)。

與往常一樣，很多工作都集中在性能改進上，特別是在預(yù)熱和共享引擎配置期間！

還有兼容性改進。查看發(fā)行說明或更多詳細信息。

八、LLVM bitcode運行時

在21.2 中有一些與 C++ 相關(guān)的改進。我們修復(fù)了 LLVM 工具鏈在 MacOS 11.3上C工作不正常的問題。我們還通過跨語言互操作性添加了對 C 虛擬調(diào)用的支持。

GraalVM Enterprise 中的管理模式也得到了改善。我們將musl libc更新到 1.2.2  版，并通過在管理模式^[13]下添加對pthreads和pthread同步原語的支持，提高了與現(xiàn)有 native 代碼庫的兼容性。

九、FastR

FastR 繼續(xù)致力于兼容性，在 2021-02-01 CRAN 快照中改進其對軟件包的支持：

• 測試對 3.0.1 的部分支持。
• 對tibble 3.0.6、vctrs 0.3.6和data.table 1.13.6的主要支持。
• 對dplyr 1.0.3、ggplot 3.3.3和knitr 1.31的支持正在進行中。

如果你對特定軟件包的支持感興趣，請聯(lián)系我們！

十、WebAssembly

你可以看到我們對 WebAssembly 運行時許多兼容性改進和一些錯誤修復(fù)，以通過對盡可能多的使用 WebAssembly 的 NPM 模塊的測試。

十一、Java on Truffle

GraalVM 21.2 for Java on Truffle 中的一項重要內(nèi)容是新的Hotswap 插件 API，它允許重新加載代碼而無需重啟正在運行的應(yīng)用程序。該 API 旨在允許框架開發(fā)人員更好地控制反饋應(yīng)用程序中的更改以響應(yīng) IDE 中的源代碼編輯。它是通過設(shè)置適當?shù)你^子來實現(xiàn)的，其中主要設(shè)計原則是你可以注冊將在指定的 HotSwap 事件上觸發(fā)的各種 HotSwap 偵聽器。例如，當某個服務(wù)提供者的實現(xiàn)發(fā)生變化時，它能夠重新運行靜態(tài)初始值設(shè)定項，運行通用后熱交換回調(diào)或鉤子。

最令人驚奇的是這些API由普通的 Java 調(diào)用組成——比任何基于字節(jié)碼操作的解決方案更容易集成和維護。

有關(guān)更多詳細信息，請查看插件 API 文檔^[14]。

對 21.2 進行的另一個非常受歡迎的改進是更好的字節(jié)碼調(diào)度，它可以將 Java 在 Truffle 上使用的解釋器速度提高約15-30%。解釋器速度是影響應(yīng)用程序預(yù)熱速度的一個非常重要的因素。

21.2 還改進了 Java 在 Truffle 對象上實現(xiàn)Map,Map.Entry,List,Iterator或Iterable與其他語言（包 括 Java 主機代 碼）的互操作性。

十二、工具

VisualVM 獲得了許多出色的改進，包括對JDK 17 的支持以及允許從命令行或其他外部工具控制功能。后者可以在安裝了 GraalVM 擴展的情況下實現(xiàn)VisualVM 和 VSCode 之間的無縫集成。你可以添加 IDE 配置集成 VisualVM 來分析你的應(yīng)用程序。

VisualVM 現(xiàn)在還可以保存來自實時 Java 進程的 JFR 記錄，并且在 Profiler 選項卡中有一個新的 Lock Contention 視圖。因此，如果你現(xiàn)在使用 VisualVM 來滿足日常分析需求，它比以往任何時候都更加強大。

十三、文檔

最后但并非最不重要的一點是，我們重構(gòu)了 GraalVM 官網(wǎng)上的文檔?，F(xiàn)在可以在 GitHub 上的主項目^[15] 中找到它。

這意味著為 GraalVM 做出貢獻并改善生態(tài)系統(tǒng)中許多其他開發(fā)人員的生活比以往任何時候都要容易。如果你注意到可能使用澄清或不完整描述你最喜歡的功能或調(diào)整選項的文檔，請考慮分享你的專業(yè)知識并通 pull request 幫助項目！如果有疑問，這里有一個關(guān)于如何做到這一點的簡短指南：參與文檔貢獻^[16]。

請注意，GraalVM Enterprise 文檔可在docs.oracle.com^[17]上找到。

與每個版本一樣，我們要感謝 GraalVM 社區(qū)的所有協(xié)作、反饋和討論，以及分享你如何使用 GraalVM。

請不要猶豫，讓我們知道任何和所有反饋！有多種渠道可以聯(lián)系團隊，選擇最適合你的渠道：Slack、GitHub 或 Twitter，或者向我們發(fā)送郵件。

譯者說：

大家好，我是 如夢技術(shù)春哥（mica 開源作者）感謝深夜還一起參與翻譯和校對的張亞東（JustAuth 開源作者）、吳天狗、老葉等同學。我們已經(jīng)輸出和翻譯了多篇 GraalVM 和 Spring Native 的文章：

文章列表：

• 【譯】GraalVM 快速參考

• 【譯】使用 GraalVM 的高性能 Java

• t-io 之 GraalVM 本機可執(zhí)行程序?qū)崙?zhàn)

• Spring Native 入門實戰(zhàn)
  

翻譯不易，請幫忙分享給更多的同學，謝謝！??！

參考資料