摘要

简单记录一下使用Graalvm实现的编译二进制程序的步骤

正文

本文示例均采用Java11，GraalVM目前无法支持跨平台编译，比如，我通过Linux直接编译Windows可执行的exe，是不行的。

Go语言是可以的

因此，需要掌握两种平台的GraalVM的安装、使用。

一、背景

1.1 JIT与AOT对比

JIT（Just-in-Time）编译和AOT（Ahead-of-Time）编译是两种不同的编译策略，它们在代码编译和执行的时间点上有所区别。

  1. JIT（Just-in-Time）编译：
    • JIT 编译是在程序运行时动态地将字节码或中间代码（如Java字节码）转换为本机机器码。
    • JIT 编译器根据程序的运行时行为和环境进行优化，并将热点代码（频繁执行的代码）即时编译为本机机器码。
    • JIT 编译器可以根据特定硬件平台的特性进行优化，以提高执行速度和性能。
    • JIT 编译通常用于解释性语言或虚拟机中，例如Java虚拟机（JVM）。
  2. AOT（Ahead-of-Time）编译：
    • AOT 编译是在程序运行之前将源代码或中间代码（如字节码）静态编译为本机机器码。
    • AOT 编译器在编译阶段进行优化，根据目标平台的特性生成高效的本机代码。
    • AOT 编译可以提供更快的启动时间和更稳定的性能，因为代码已经被编译为本机机器码，无需再进行即时编译。
    • AOT 编译通常用于静态语言或需要更高性能的应用程序，例如C/C++编译器。

主要区别：

  • JIT 编译是在运行时动态地将代码编译为机器码，而 AOT 编译是在程序运行之前将代码静态编译为机器码。
  • JIT 编译可以根据运行时行为进行优化，而 AOT 编译在编译阶段进行优化。
  • JIT 编译需要在程序运行时进行编译，可能导致启动延迟和即时编译的开销，而 AOT 编译可以提供更快的启动时间和更稳定的性能。

需要注意的是，JIT 编译和 AOT 编译并不是互斥的概念，而是两种不同的编译策略。在某些情况下，可以结合使用它们，例如GraalVM提供了同时支持 JIT 编译和 AOT 编译的能力，使得可以根据应用程序的需求选择最适合的编译方式。

1.2 为何GraalVM快？

常规Java编译的Jar，为了考虑平台的兼容性，在启动后，将字节码解释为机器码，这个过程叫做JIT编译。所以启动上会慢。

GraalVM编译的二进制程序，在编译时直接将字节码转为了机器码，这个过程叫做AOT编译。所以启动上会快，但是对反射支持的就不友好。

因此Java严格来说既是编译型，又是解释型。只不过编译成的是字节码。

image-20240602134338660.png

截止到2023年05月，总结GraalVM的弱项

  1. 容量占用：使用Graalvm编译后的exe，首先需要依赖C++的开发环境，并且里面还带了JDK编译后的机器码，所以Jar包占用空间约至少10M以上。
  2. 失去原有特性：如Java跨平台的特性、反射、运行时的动态代理等等。
  3. 编译对Java语法有要求，死板且不够灵活，比如上述第二点中的问题。

综上所述，GraalVM只是为了让Java能做而做，而不是为了Java需要做而做。如果以上问题存在，相信以后也不会有太多开发者使用GraalVM开发。不如直接转C/C++/Go，而Go属于最简单的替代品。

二、Linux

2.1 前置环境

环境：Centos7.9、科学上网

sh 
1

yum -y install gcc zlib*

2.2 安装GraalVM-ce-java11

使用 uname 命令：

sh 
1

uname -m

该命令将返回当前系统的机器架构信息。如果返回值是 "x86_64"，则表示系统是 AMD64 架构；如果返回值是 "aarch64"，则表示系统是 AArch64 架构。

sh 
1

curl -L -o graalvm-ce-java11-linux-amd64-21.3.3.1.tar.gz https://github.com/graalvm/graalvm-ce-builds/releases/download/vm-21.3.3.1/graalvm-ce-java11-linux-amd64-21.3.3.1.tar.gz && tar -zxvf graalvm-ce-java11-linux-amd64-21.3.3.1.tar.gz && cd graalvm-ce-java11-21.3.3.1/bin && ./gu install native-image && ./gu list

执行如图

image-20230516205806062.png

三、Windows

3.1 前置环境

windows需要预置的C++环境，这边可以自己下，也可以直接使用Visual Studio下载。我的电脑是win11，而且刚好最近编写dll，因此直接使用Visual Studio2022来安装环境。

打开Visual Studio2022-工具-获取工具和功能

image-20230518014513621.png

之后，需要将cl.exe的所在目录，配置到环境变量PATH中。

image-20240602141740787.png

3.2 安装GraalVM-ce-java11

详细配置方式可以参照如下内容，两者任选其一即可

执行命令，进行graalvm-jdk11下载

sh 
1

curl -L -o graalvm-ce-java11-windows-amd64-21.3.3.1.zip https://github.com/graalvm/graalvm-ce-builds/releases/download/vm-21.3.3.1/graalvm-ce-java11-windows-amd64-21.3.3.1.zip

然后将jdk进行解压，并配置成环境变量，配置成功后验证结果如图所示。

image-20240602142115762.png

安装native-image

sh 
1

gu install native-image

image-20240602142340265.png

使用Visual Studio自带的编译工具，按照第四步进行编译即可。

直接使用cmd编译会报错native-image - fatal error C1034: stdio.h: 不包括路径集

image-20240602142530116.png

四、编译二进制程序

源码地址

4.1 编译字节码

创建Test.java

java 
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import java.text.SimpleDateFormat;
import java.util.Date;
class Test {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("hello world! now time is "+new SimpleDateFormat("yyyy-MM-dd HH:mm:ss").format(new Date()));
    }
}

编译Test.java

sh 
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./javac -encoding utf-8 Test.java
# 执行下面这行代码，会发现输出hello world! now time is 2023-05-16 21:10:09
./java Test
# 编译为二进制程序
./native-image Test

如图即为编译成功

image-20230516212040316.png

移到没有Java环境的路径，执行二进制程序

sh 
1

mv test /root/test && cd && chmod +x test && ./test

image-20230516212234106.png

4.2 编译jar包

4.2.1 编译原生jar包

执行命令

sh 
1
2

mvn clean package
native-image -jar pure-demo.jar

image-20230518012832622.png

在native-image中，即使主线程结束，其他线程一样执行，程序不会退出

4.2.2 编译springboot jar包

保持原来的代码不变基础上，需要引入spring-native和graalvm打包插件

xml 
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<dependencies>
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.experimental</groupId>
        <artifactId>spring-native</artifactId>
        <version>0.9.2</version>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter</artifactId>
    </dependency>
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
    </dependency>
</dependencies>

<build>
    <plugins>
        <plugin>
            <groupId>org.springframework.experimental</groupId>
            <artifactId>spring-aot-maven-plugin</artifactId>
            <version>0.9.2</version>
            <executions>
                <execution>
                    <id>test-generate</id>
                    <goals>
                        <goal>test-generate</goal>
                    </goals>
                </execution>
                <execution>
                    <id>generate</id>
                    <goals>
                        <goal>generate</goal>
                    </goals>
                </execution>
            </executions>
        </plugin>
        <plugin>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>
            <configuration>
                <classifier>exec</classifier>
            </configuration>
        </plugin>
    </plugins>
</build>

<profiles>
    <profile>
        <id>native-image</id>
        <build>
            <plugins>
                <plugin>
                    <groupId>org.graalvm.nativeimage</groupId>
                    <artifactId>native-image-maven-plugin</artifactId>
                    <version>21.0.0.2</version>
                    <configuration>
                        <!-- native-image需要执行的应用程序的入口点 -->
                        <mainClass>${start.class}</mainClass>
                        <buildArgs>
                            <buildArg>--enable-https</buildArg>
                        </buildArgs>
                    </configuration>
                    <executions>
                        <execution>
                            <goals>
                                <goal>native-image</goal>
                            </goals>
                            <phase>package</phase>
                        </execution>
                    </executions>
                </plugin>
            </plugins>
        </build>
    </profile>
</profiles>

执行命令，直接打包成镜像

sh 
1

mvn clean package -Pnative-image

image-20230518013535416.png

放一张原生jar的运行耗时。

image-20230518013725824.png

GraalVM牛逼！

五、参考致谢

  1. GraalVM Native Image: Hello World - YouTube
  2. 官方文档
  3. Spring Tips: The GraalVM Native Image Builder Feature
  4. 参考第3条的视频：将SpringBoot2.3+jdk8应用编译为二进制
  5. 使用GraalVM将Java编译成本机可执行程序_哔哩哔哩_bilibili
  6. 手把手将你的Java maven项目通过GraalVM打包成windows可执行程序 - Asher的博客