Spring 6.0 新特性

忘是亡心i 2023-10-16 12:21 17阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*  Spring的发展历史
 *  AOT
 *  GraalVM
 *  SpringBoot实战AOT
 *  RuntimeHints
 *   *  案例分析
     *  RuntimeHintsRegistrar
 *  SpringBoot中AOT核心代码

## Spring的发展历史 ##

![image.png][]

## AOT ##

Spring 6.0的新特性Ahead of Time（AOT）编译是一种技术，可以提前将Spring应用程序编译成原生镜像，从而加快启动速度并降低内存消耗。AOT编译与传统的即时编译（JIT）相比，最大的优点是可以在程序运行前进行预编译，避免在程序运行时进行编译和内存消耗。

JIT(Just-in-time) 动态编译，即时编译，也就是边运行边编译，在程序运行时，动态生成代码，启动比较慢，编译时需要占用运行时的资源。

AOT，Ahead Of Time 指的是运行前编译，预先编译，AOT 编译能直接将源代码转化为机器码，内存占用低，启动速度快，可以无需 runtime 运行，直接将 runtime 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使程序安装的时间增加。

**简单来讲**：JIT即时编译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。

## GraalVM ##

Spring6 支持的 AOT 技术，GraalVM 就是底层的支持，Spring 也对 GraalVM 本机映像提供了一流的支持。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：在 HotSpot JVM 上使用 Graal 即时 (JIT) 编译器或作为提前 (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，同时消除了外语调用成本。GraalVM 向 HotSpot Java 虚拟机添加了一个用 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.  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

## SpringBoot实战AOT ##

在SpringBoot项目中通过AOT来提前编译我们的项目。

新建一个Maven项目。添加相关的依赖

<parent>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId>
            <version>3.0.2</version>
        </parent>
    
        <dependencies>
            <dependency>
                <groupId>org.springframework.boot</groupId>
                <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
            </dependency>
        </dependencies>

添加相关的SpringBoot插件

<build>
            <plugins>
                <plugin>
                    <groupId>org.graalvm.buildtools</groupId>
                    <artifactId>native-maven-plugin</artifactId>
                </plugin>
                <plugin>
                    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
                    <artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>
                </plugin>
            </plugins>
        </build>

编写一点简单的代码测试，打开 x64 Native Tools Command Prompt for VS 2019 ，切换到工程目录下

![image.png][image.png 1]

执行 mvn -Pnative native:compile 进行编译，编译成功就会在target目录下生成 EXE 文件，后续执行该文件就可以。

![image.png][image.png 2]  
双击执行exe文件，会发现速度快很多

## RuntimeHints ##

与常规 JVM 运行时相比，将应用程序作为本机映像运行需要额外的信息。例如，GraalVM 需要提前知道组件是否使用反射。同样，除非明确指定，否则类路径资源不会在本机映像中提供。因此，如果应用程序需要加载资源，则必须从相应的 GraalVM 原生图像配置文件中引用它。

API[`RuntimeHints`][RuntimeHints]在运行时收集反射、资源加载、序列化和 JDK 代理的需求。

### 案例分析 ###

声明个普通的实体类型

public class UserEntity {
        
        public String hello(){
        
            return "hello ...";
        }
    }

在控制器中通过反射来操作处理

@GetMapping("/hello")
        public String hello(){
        
            String res = "hello";
            try {
        
                Method hello = UserEntity.class.getMethod("hello");
                res =  (String)hello.invoke(UserEntity.class.newInstance(),null);
            } catch (NoSuchMethodException e) {
        
                throw new RuntimeException(e);
            } catch (InvocationTargetException e) {
        
                throw new RuntimeException(e);
            } catch (IllegalAccessException e) {
        
                throw new RuntimeException(e);
            } catch (InstantiationException e) {
        
                throw new RuntimeException(e);
            }
            return res;
        }

通过命令编译为 exe 文件

![image.png][image.png 3]

运行exe文件后，通过浏览器发起请求。

在HelloController中。通过反射的方式使用到了UserEntity的无参构造方法。如果不做任何处理。那么打成二进制可执行文件后是执行不了的，可以通过 Runtime Hints 机制来处理。

### RuntimeHintsRegistrar ###

官网提供的解决方案，自定义一个RuntimeHintsRegistrar接口的实现类，然后把该实现类注入到Spring中

![image.png][image.png 4]

@RestController
    @ImportRuntimeHints(HelloController.UserEntityRuntimeHints.class)
    public class HelloController {
        
    
        @GetMapping("/hello")
        public String hello(){
        
            String res = "hello";
            try {
        
                Method hello = UserEntity.class.getMethod("hello");
                res =  (String)hello.invoke(UserEntity.class.newInstance(),null);
            } catch (NoSuchMethodException e) {
        
                throw new RuntimeException(e);
            } catch (InvocationTargetException e) {
        
                throw new RuntimeException(e);
            } catch (IllegalAccessException e) {
        
                throw new RuntimeException(e);
            } catch (InstantiationException e) {
        
                throw new RuntimeException(e);
            }
            return res;
        }
    
        static class UserEntityRuntimeHints implements RuntimeHintsRegistrar{
        
    
            @Override
            public void registerHints(RuntimeHints hints, ClassLoader classLoader) {
        
                try {
        
                    hints.reflection().registerConstructor(UserEntity.class.getConstructor(), ExecutableMode.INVOKE);
                } catch (NoSuchMethodException e) {
        
                    throw new RuntimeException(e);
                }
            }
        }
    }

## SpringBoot中AOT核心代码 ##

执行 `mvn -Pnative native:compile`时会执行GraalVM中的相关指令。最终会调用SpringApplicationAotProcessor中的main 方法来完成相关提前编译操作。

public static void main(String[] args) throws Exception {
        
    		int requiredArgs = 6; // 调用main方法接收的有6个参数
    		Assert.isTrue(args.length >= requiredArgs, () -> "Usage: " + SpringApplicationAotProcessor.class.getName()
    				+ " <applicationName> <sourceOutput> <resourceOutput> <classOutput> <groupId> <artifactId> <originalArgs...>");
    		// 获取SpringBoot项目的入口class
    		Class<?> application = Class.forName(args[0]);
    		// 通过传递过来的参数完成相关生成目录的配置
    		Settings settings = Settings.builder().sourceOutput(Paths.get(args[1])).resourceOutput(Paths.get(args[2]))
    				.classOutput(Paths.get(args[3])).groupId((StringUtils.hasText(args[4])) ? args[4] : "unspecified")
    				.artifactId(args[5]).build();
    		String[] applicationArgs = (args.length > requiredArgs) ? Arrays.copyOfRange(args, requiredArgs, args.length)
    				: new String[0];
    	  // 执行 process 方法
    		new SpringApplicationAotProcessor(application, settings, applicationArgs).process();
    	}

public final T process() {
        
    		try {
        
    			// 设置状态
    			System.setProperty(AOT_PROCESSING, "true");
    			return doProcess(); // 处理的核心方法
    		}
    		finally {
        
    			System.clearProperty(AOT_PROCESSING);
    		}
    	}

@Override
    	protected ClassName doProcess() {
        
    		deleteExistingOutput(); // 删除已经存在的目录
    		// 启动SpringBoot服务  但是不会做扫描bean
    		GenericApplicationContext applicationContext = prepareApplicationContext(getApplicationClass());
    		return performAotProcessing(applicationContext);
    	}

@Override
    	protected GenericApplicationContext prepareApplicationContext(Class<?> application) {
        
    		return new AotProcessorHook(application).run(() -> {
        
    			Method mainMethod = application.getMethod("main", String[].class);
    			return ReflectionUtils.invokeMethod(mainMethod, null, new Object[] {
         this.applicationArgs });
    		});
    	}

此时会执行启动类中的main方法来启动SpringBoot

![image.png][image.png 5]

在启动中创建Spring上下文对象时会做如下的处理

private ConfigurableApplicationContext createContext() {
        
    		if (!AotDetector.useGeneratedArtifacts()) {
        
    			return new AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext();
    		}
    		return new ServletWebServerApplicationContext();
    	}

如果没有使用AOT，那么就会创建AnnotationConfigServletWebServerApplicationContext，它里面会添ConfigurationClassPostProcessor，从而会解析配置类。而如果使用了AOT，则会创建ServletWebServerApplicationContext，它就是一个空容器，它里面没有ConfigurationClassPostProcessor，所以后续不会触发扫描了。

[image.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/16f0f6f661b91a26c9ccdfe38de950b4.png
[image.png 1]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/24a563255b46e375b6ae49e315114a57.png
[image.png 2]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/07b6a456d942a3a6ee1f9e674267ccaf.png
[RuntimeHints]: https://docs.spring.io/spring-framework/docs/6.0.9/javadoc-api/org/springframework/aot/hint/RuntimeHints.html
[image.png 3]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/c165c4077aafa457ae99061466f1b4e7.png
[image.png 4]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/c5cbdbaaed26083f86b5af8beca29fa1.png
[image.png 5]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/bc148fd7e1c7488b3d46a210c63b4ba9.png