初识Graal
王福强 著
Java程序员应该很羡慕Go语言程序员能够编译出一个one-in-all的二进制可执行文件，然后本地直接执行， 而自己却要-cp指定一堆jar和路径，虽然可以打包成一个onejar，但依然要本地安装java运行环境，然后java -jar x.jar， 加上如果想赶时髦， 使用docker进行发布和部署， 还得忍受基础镜像几百兆的size， 实在不能称得上多快好省而且轻…
GraalVM虽然还没有发布正式版，但已经发布了几版RC，从它的发展历程中，让很多Java程序员看到了一条康庄大道， 多快好省不再是梦。
GraalVM提供的native image工具可以帮助我们将java程序编译成一个本地可执行的二进制文件，这个特性可以让我们有很大的想象空间：
- 用java写工具， portable不是梦；
- 用docker封装发布， ADD一个几十兆的二进制可执行文件就行了；
- 微服务？更轻量， 启动更快，运行期内存更小…
光说不练假把式， 让我们先从简单的一个工具入手看看native image的魅力吧~
native image快速上手
GraalVM基于Java8，你可以理解成另一个SDK， 所以首先要跟JDK似的，下载安装并配置PATH， http://www.graalvm.org/downloads/， 怎么搞我就不细说了， 暂时只有Mac和Linux版本可用。
我们创建一个Java项目，还是典型的HelloWorld：
<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
<modelVersion>4.0.0</modelVersion>
<groupId>com.example</groupId>
<artifactId>demo</artifactId>
<version>0.0.1-SNAPSHOT</version>
<packaging>jar</packaging>
<name>demo</name>
<description>Demo project for Spring Boot</description>
<properties>
<project.build.sourceEncoding>UTF-8</project.build.sourceEncoding>
<project.reporting.outputEncoding>UTF-8</project.reporting.outputEncoding>
<java.version>1.8</java.version>
</properties>
<dependencies>
<dependency>
<groupId>org.apache.commons</groupId>
<artifactId>commons-lang3</artifactId>
<version>3.7</version>
</dependency>
</dependencies>
<build>
<plugins>
<plugin>
<groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
<artifactId>maven-compiler-plugin</artifactId>
<configuration>
<source>1.8</source>
<target>1.8</target>
</configuration>
</plugin>
<plugin>
<groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
<artifactId>maven-shade-plugin</artifactId>
<executions>
<execution>
<phase>package</phase>
<goals>
<goal>shade</goal>
</goals>
<configuration>
<transformers>
<transformer
implementation="org.apache.maven.plugins.shade.resource.ManifestResourceTransformer">
<mainClass>com.example.demo.DemoApplication</mainClass>
</transformer>
</transformers>
</configuration>
</execution>
</executions>
</plugin>
</plugins>
</build>
</project>HelloWorld嘛， 你懂得：
public class DemoApplication {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("Hello World");
}
}执行mvn package之后我们就获得一个可执行的jar包（因为我们用了shade插件），我们针对这个可执行jar包执行native image命令：
➜ one_jar_native_image_starter git:(master) ✗ $HOME/bin/graalvm-ce-1.0.0-rc5/Contents/Home/bin/native-image -jar target/demo-0.0.1-SNAPSHOT.jar
Build on Server(pid: 99502, port: 64944)
classlist: 616.43 ms
(cap): 5,338.88 ms
setup: 6,753.34 ms
(typeflow): 6,509.05 ms
(objects): 2,937.12 ms
(features): 62.18 ms
analysis: 9,645.27 ms
universe: 400.46 ms
(parse): 2,275.13 ms
(inline): 1,730.84 ms
(compile): 8,492.76 ms
compile: 13,170.85 ms
image: 1,541.81 ms
write: 1,703.71 ms
[total]: 33,919.21 ms查看当前项目目录：
➜ one_jar_native_image_starter git:(master) ✗ ll
total 11432
drwxr-xr-x@ 4 afuluo staff 128 Apr 29 08:31 src
-rw-r--r--@ 1 afuluo staff 2282 Apr 29 08:38 pom.xml
-rw-r--r-- 1 afuluo staff 931 Apr 29 08:38 demo.iml
drwxr-xr-x 8 afuluo staff 256 Aug 15 16:25 target
-rw-r--r-- 1 afuluo staff 1507 Aug 15 16:25 dependency-reduced-pom.xml
-rwxr-xr-x 1 afuluo staff 5840784 Aug 15 16:26 demo-0.0.1-SNAPSHOT可以看大， demo-0.0.1-SNAPSHOT就是生成的可执行二进制文件，可以直接执行： ./demo-0.0.1-SNAPSHOT，不过默认生成的名字实在丑陋，所以，我们可以通过-H:Name=<自定义名称>命令行选项自己指定：
➜ one_jar_native_image_starter git:(master) ✗ $HOME/bin/graalvm-ce-1.0.0-rc5/Contents/Home/bin/native-image -jar target/demo-0.0.1-SNAPSHOT.jar -H:Name=hello
Build on Server(pid: 99502, port: 64944)
classlist: 464.16 ms
(cap): 3,179.86 ms
setup: 3,587.10 ms
(typeflow): 4,150.58 ms
(objects): 1,641.23 ms
(features): 40.68 ms
analysis: 5,951.36 ms
universe: 330.50 ms
(parse): 1,210.82 ms
(inline): 2,054.93 ms
(compile): 7,206.31 ms
compile: 11,043.39 ms
image: 968.90 ms
write: 1,257.79 ms
[total]: 23,640.19 ms这样我们获得的二进制可执行文件名称就是hello：
➜ one_jar_native_image_starter git:(master) ✗ ll
total 22840
drwxr-xr-x@ 4 afuluo staff 128 Apr 29 08:31 src
-rw-r--r--@ 1 afuluo staff 2282 Apr 29 08:38 pom.xml
-rw-r--r-- 1 afuluo staff 931 Apr 29 08:38 demo.iml
drwxr-xr-x 8 afuluo staff 256 Aug 15 16:25 target
-rw-r--r-- 1 afuluo staff 1507 Aug 15 16:25 dependency-reduced-pom.xml
-rwxr-xr-x 1 afuluo staff 5840784 Aug 15 16:26 demo-0.0.1-SNAPSHOT
-rwxr-xr-x 1 afuluo staff 5840856 Aug 15 16:27 hello直接执行: ./hello， Aha~
NOTE
Mac版的native image编译完获得的二进制文件不能在linux上运行， 因为二进制文件都是编译后的本地machine code， 所以，要在哪个目标平台执行，需要用哪个平台的GraalVM编译哦~
深入native image
写写小工具， 前面的快速上手的知识基本就够了，但是要想构建稳健运行在生产环境的服务或者系统， 我们就得对Graal或者说native image有更深入的了解了。
为了简化，我们使用KeeWeb(https://www.keevol.cn)框架 1 构建一个简单的Web API，只提供一个GET的Endpoint，返回”HelloWorld”作为结果：
package com.keevol.demo.hello.webapinative
import com.keevol.keeweb.{KeeWeb, Kontroller}
import io.vertx.core.Vertx
import io.vertx.core.http.HttpMethod
import io.vertx.ext.web.RoutingContext
class HelloController extends Kontroller{
override val path: String = "/"
override val method: HttpMethod = HttpMethod.GET
override def apply(rc: RoutingContext): Unit = {
rc.response().end("Hello, there")
}
}
object Hello{
val helloController = new HelloController
def main(args: Array[String]): Unit = {
val vertx = Vertx.vertx()
KeeWeb.start(vertx, Seq(helloController))
System.in.read() // block server
vertx.close()
}
}生成onejar之后，用native-image编译成本地可执行文件：
$HOME/bin/graalvm-ce-1.0.0-rc5/Contents/Home/bin/native-image -H:+ReportUnsupportedElementsAtRuntime -H:Name=hello-server -jar build/libs/hello-webapi-native-1.0.0-SNAPSHOT-all.jar然后执行： ``, 现在，我们就可以访问我们的web api了：
➜ ~ http http://localhost:1979
HTTP/1.1 200 OK
Content-Length: 12
Hello, there好吧，我其实把过程简化了，请注意-H:+ReportUnsupportedElementsAtRuntime这个参数，其实第一次编译，我们是编译不过的，通过这个参数，编译的结果就可以呈现给我们一些错误提示， 比如：
Caused by: java.lang.ClassNotFoundException: com.jcraft.jzlib.Inflater
at java.net.URLClassLoader.findClass(URLClassLoader.java:381)
...实际上， Graal native-image在有些方面是有功能限制的，比如java reflection， native-image干的事情是一种AOT（Ahead Of Time Compiling），要AOT，就需要提前知道程序依赖的Class有哪些， 所以，一些运行期（Runtime）加载的类在AOT的时候是无法知道的， 但我们可以通过一些手段预先知会native-image有哪些类需要用到：
- 通过
-H:ReflectionConfigurationFiles=reflection.json参数， 在reflection.json这样的配置文件中提供依赖信息； - 通过提供一个Feature类，配合RuntimeReflection工具类提供相应的依赖信息；
我们选择第一种方式， 所以， 最终的native-image命令如下所示:
$HOME/bin/graalvm-ce-1.0.0-rc5/Contents/Home/bin/native-image --no-server -Djava.net.preferIPv4Stack=true -Dvertx.disableDnsResolver=true -jar build/libs/hello-webapi-native-1.0.0-SNAPSHOT-all.jar -H:Name=helloserver -H:+ReportUnsupportedElementsAtRuntime -H:ReflectionConfigurationFiles=reflection.json当然， 很不幸的是， 我用的graalvm-1.0.0-rc5版本还是有bug和不支持的特性，导致执行./helloserver的时候会抛出segment fault，或许等graal 1.0.0正式发布之后， 对各类库和框架的支持会更稳定些吧~
➜ hello-webapi-native git:(master) ✗ ./helloserver
19:03:47.562 [main] INFO com.keevol.keeweb.KeeHttpServer - start http server...
[1] 7111 segmentation fault ./helloserver限制与局限性
当然，除了反射之类的限制，将Java程序编译成native image还其他的限制，像JMX这种平台相关的特性就不要想了， 需要借助GraalVM Enterprise版提供的一些Profiler或者Debugger等商业特性， 或者自己加一些外围的监控支持，因为我们拿不到Truffle框架EST中添加的一些附加信息。
更多限制可以参考官方的文档： https://github.com/oracle/graal/blob/master/substratevm/LIMITATIONS.md
参考文档
小结
GraalVM无论是从性能上，还是理念上，都对Java生态产生了很大的促进作用， 虽然它还只是基于Java8， 也没有发布正式版，但我相信即使Java11发布了， GraalVM也将是Java基础设施中很重要的一员， 跟福强科技(https://www.keevol.cn)同为Scala重度用户的Twitter， 已经在生产环境使用GraalVM很长时间了， 这也充分证明了GrralVM的核心价值所在。
对于Java社区或者重度Java技术体系的公司来说， GraalVM将是值得投入的一个技术域， 使用得当，可以为公司节省大量的研发和基础设施费用。
KeeWeb框架是福强科技构建的一个async、reactive、strong-typed的Web API框架↩︎
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