1. 简介
在本文中，我们介绍Java Ahead of Time(AOT)编译器，它在JEP-295中进行了描述，并作为Java 9中的实验特性添加。
首先，我们将了解AOT是什么，其次，我们看一个简单的示例。第三，我们介绍AOT的一些限制，最后，我们将讨论一些可能的用例。
2. 什么是提前编译？
AOT编译是提高Java程序性能，尤其是JVM启动时间的一种方法。JVM执行Java字节码并将经常执行的代码编译为本机代码。这称为即时(JIT)编译。JVM根据执行期间收集的分析信息决定要JIT编译哪些代码。
虽然这种技术使JVM能够生成高度优化的代码并提高峰值性能，但启动时间可能不是最佳的，因为执行的代码尚未JIT 编译。AOT旨在改善这个所谓的预热期，用于AOT的编译器是Graal。
在本文中，我们不会详细介绍JIT和Graal。请参阅我们的其他文章，了解Java9和10的性能改进概述，以及对 Graal JIT编译器的深入了解。
3. 例子
对于这个例子，我们将使用一个非常简单的类，编译它，然后看看如何使用生成的库。
3.1 AOT编译
下面是一个简单的类：
public class JaotCompilation {
public static void main(String[] argv) {
System.out.println(message());
}
public static String message() {
return "The JAOT compiler says 'Hello'";
}
}
在使用AOT编译器之前，我们需要使用Java编译器编译该类：
javac JaotCompilation.java
然后我们将生成的JaotCompilation.class传递给AOT编译器，该编译器与标准Java编译器位于同一目录中：
jaotc --output jaotCompilation.so JaotCompilation.class
这会在当前目录中生成库jaotCompilation.so。
3.2 运行程序
然后我们可以执行程序：
java -XX:AOTLibrary=./jaotCompilation.so JaotCompilation
参数-XX:AOTLibrary接收库的相对或完整路径。或者，我们可以将库复制到Java主目录中的lib文件夹中，并且只传递库的名称。
3.3 验证库是否被调用和使用
通过添加-XX:+PrintAOT作为JVM参数，我们可以看到该库确实已加载：
java -XX:+PrintAOT -XX:AOTLibrary=./jaotCompilation.so JaotCompilation
输出将如下所示：
77 1 loaded ./jaotCompilation.so aot library
但是，这只是告诉我们库已被加载，而不是实际被使用。通过传递参数-verbose，我们可以看到库中的方法确实被调用：
java -XX:AOTLibrary=./jaotCompilation.so -verbose -XX:+PrintAOT JaotCompilation
输出将包含以下行：
11 1 loaded ./jaotCompilation.so aot library
116 1 aot[ 1] jaotc.JaotCompilation.<init>()V
116 2 aot[ 1] jaotc.JaotCompilation.message()Ljava/lang/String;
116 3 aot[ 1] jaotc.JaotCompilation.main([Ljava/lang/String;)V
The JAOT compiler says 'Hello'
AOT编译库包含一个类指纹，它必须与.class文件的指纹匹配。
让我们更改JaotCompilation.java类中的代码以返回不同的消息：
public static String message() {
return "The JAOT compiler says 'Good morning'";
}
如果我们在没有AOT编译修改后的类的情况下执行程序：
java -XX:AOTLibrary=./jaotCompilation.so -verbose -XX:+PrintAOT JaotCompilation
那么输出将仅包含：
11 1 loaded ./jaotCompilation.so aot library
The JAOT compiler says 'Good morning'
我们可以看到库中的方法不会被调用，因为类的字节码已经改变。这背后的想法是，无论是否加载了AOT编译库，程序总是会产生相同的结果。
4. 更多AOT和JVM参数
4.1 Java模块的AOT编译
AOT也可以编译一个模块：
jaotc --output javaBase.so --module java.base
生成的库javaBase.so大小约为320MB，并且加载需要一些时间，可以通过选择要AOT编译的包和类来减小大小。我们将在下面介绍如何做到这一点，但是，我们不会深入讨论所有细节。
4.2 使用编译命令进行选择性编译
为了防止Java模块的AOT编译库变得太大，我们可以添加编译命令来限制AOT编译的范围。这些命令需要在一个文本文件中，在我们的示例中，我们将使用文件complileCommands.txt：
compileOnly java.lang.
然后，我们将其添加到compile命令中：
jaotc --output javaBaseLang.so --module java.base --compile-commands compileCommands.txt
生成的库将仅包含java.lang包中的AOT编译类。
为了获得真正的性能改进，我们需要找出在JVM预热期间调用了哪些类。这可以通过添加几个JVM参数来实现：
java -XX:+UnlockDiagnosticVMOptions -XX:+LogTouchedMethods -XX:+PrintTouchedMethodsAtExit JaotCompilation
在本文中，我们不会深入研究这种技术。
4.3 单个类的AOT编译
我们可以使用参数–class-name编译单个类：
jaotc --output javaBaseString.so --class-name java.lang.String
生成的库将仅包含String类。
4.4 compile-for-tiered
默认情况下，将始终使用AOT编译的代码，并且不会对库中包含的类进行JIT编译。如果我们想在库中包含分析信息，我们可以添加参数compile-for-tiered：
jaotc --output jaotCompilation.so --compile-for-tiered JaotCompilation.class
库中的预编译代码将一直使用，直到字节码符合JIT编译条件。
5. AOT编译的可能用例
AOT的一个用例是短时间运行的程序，它在任何JIT编译发生之前完成执行。另一个用例是嵌入式环境，其中JIT是不可能的。
此时，我们还需要注意的是，AOT编译库只能从具有相同字节码的Java类中加载，因此无法通过JNI加载。
6. AOT和亚马逊Lambda
AOT编译代码的一个可能用例是短寿命的lambda函数，其中短启动时间很重要。在本节中，我们将了解如何在AWS Lambda上运行AOT编译的Java代码。
将AOT编译与AWS Lambda一起使用需要在与AWS上使用的操作系统兼容的操作系统上构建库。在撰写本文时，这是Amazon Linux 2。
此外，Java版本需要匹配，AWS提供了Amazon CorrettoJava11 JVM。为了有一个编译库的环境，我们将在 Docker中安装Amazon Linux 2和Amazon Corretto。
我们不会讨论使用Docker和AWS Lambda的所有细节，而只会概述最重要的步骤。有关如何使用Docker的更多信息，请参阅此处的官方文档。
有关使用Java创建Lambda函数的更多详细信息，你可以查看我们的文章AWS Lambda With Java。
6.1 开发环境的配置
首先，我们需要为Amazon Linux 2拉取Docker映像并安装Amazon Corretto：
# download Amazon Linux
docker pull amazonlinux
# inside the Docker container, install Amazon Corretto
yum install java-11-amazon-corretto
# some additional libraries needed for jaotc
yum install binutils.x86_64
6.2 编译类和库
在我们的Docker容器中，执行以下命令：
# create folder aot
mkdir aot
cd aot
mkdir jaotc
cd jaotc
文件夹的名称只是一个示例，当然可以是任何其他名称。
package jaotc;
public class JaotCompilation {
public static int message(int input) {
return input 2;
}
}
下一步是编译类和库：
javac JaotCompilation.java
cd ..
jaotc -J-XX:+UseSerialGC --output jaotCompilation.so jaotc/JaotCompilation.class
在这里，使用与AWS上相同的垃圾收集器很重要。如果我们的库无法在AWS Lambda上加载，我们可能想通过以下命令检查实际使用的垃圾收集器：
java -XX:+PrintCommandLineFlags -version
现在，我们可以创建一个包含库和类文件的zip文件：
zip -r jaot.zip jaotCompilation.so jaotc/
6.3 配置AWS Lambda
最后一步是登录AWS Lamda控制台，上传zip文件并使用以下参数配置Lambda：
- Runtime：Java 11
- Handler：jaotc.JaotCompilation::message
此外，我们需要创建一个名为JAVA_TOOL_OPTIONS的环境变量并将其值设置为：
-XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+PrintAOT -XX:AOTLibrary=./jaotCompilation.so
这个变量允许我们向JVM传递参数。
最后一步是为我们的Lambda配置输入。默认是JSON输入，不能传递给我们的函数，因此我们需要将其设置为包含整数的字符串，例如“1”。
最后，我们可以执行Lambda函数，并且应该在日志中看到我们的AOT编译库已加载：
57 1 loaded ./jaotCompilation.so aot library
7. 总结
在本文中，我们了解了如何AOT编译Java类和模块。由于这仍然是一个实验性功能，AOT编译器并不是所有发行版的一部分；真正的例子仍然很少见，这将取决于Java社区来找出应用AOT的最佳用例。
与往常一样，本教程的完整源代码可在GitHub上获得。
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