GraalVM系列Native?Image?Basics靜態(tài)分析

更新時間：2023年02月06日 16:29:07 作者：Hoeller

這篇文章主要為大家介紹了GraalVM系列Native?Image?Basics靜態(tài)分析詳解，有需要的朋友可以借鑒參考下，希望能夠有所幫助，祝大家多多進步，早日升職加薪

引言

native image是GraalVM中提供的一個命令，可以把字節(jié)碼文件或Jar包編譯成為一個二進制可執(zhí)行文件，同時它自己也是用Java語言開發(fā)的（實現(xiàn)了Java的語言自舉）。

Build Time vs Run Time

native image在編譯時，可能會執(zhí)行類中的某些代碼，比如給類中的static屬性賦值（正常來說應(yīng)該時運行時才去賦值的，現(xiàn)在是編譯時可能就被賦值了，這里說的編譯不是javac）。

通常，在Java中，一個類在第一次被使用時才會進行初始化，但是我們使用native image時就有可能直接進行類的初始化，我們把這個機制叫做build-time initialized，而二進制可執(zhí)行文件在運行時，即便是第一次使用這個類時也都不會觸發(fā)類的初始化了。

默認(rèn)情況下native image是不會執(zhí)行編譯期類初始化的，我們可以通過兩種方式來在編譯時觸發(fā)類的初始化：

在執(zhí)行native-image時傳入--initialize-at-build-time=<class>
在一個能編譯時初始化的類中去使用其他的類

native image會把常用的JDK中的類在編譯時進行初始化，比如java.lang.String，java.util.**，等等。

編譯期類的初始化是一個專業(yè)特征，并不是所有類都適合。

請看下面的Demo加深理解：

public class HelloWorld {
    static class Greeter {
        static {
            System.out.println("Greeter is getting ready!");
        }
        public static void greet() {
          System.out.println("Hello, World!");
        }
    }
  public static void main(String[] args) {
    Greeter.greet();
  }
}

使用Java原本的方式編譯并運行：

javac HelloWorld.java
java HelloWorld 
Greeter is getting ready!
Hello, World!

然后，我們把它編譯為一個本地可執(zhí)行文件，然后執(zhí)行這個文件：

native-image HelloWorld
===============================================================
GraalVM Native Image: Generating 'helloworld' (executable)...
================================================================
...
Finished generating 'helloworld' in 14.9s.

./helloworld 
Greeter is getting ready!
Hello, World!

我們發(fā)現(xiàn)，上述兩個過程都是在運行時才會對HelloWorld類進行初始化，所以默認(rèn)情況下不會進行類的初始化。

我們通過添加--initialize-at-build-time=HelloWorld\$Greeter來看看編譯期類初始化是怎樣的：

native-image HelloWorld --initialize-at-build-time=HelloWorld\$Greeter
======================================================================
GraalVM Native Image: Generating 'helloworld' (executable)...
======================================================================
Greeter is getting ready!
...
Finished generating 'helloworld' in 13.6s.

./helloworld 
Hello, World!

我們發(fā)現(xiàn)Greeter is getting ready!是在編譯時打印出來的，而真正在運行時由于HelloWorld類已經(jīng)被初始化了，所以就沒有再初始化了。而在編譯時類初始化過程中被賦值的靜態(tài)屬性，會保存在二進制可執(zhí)行文件中的image heap中。

Native Image Heap

Native Image heap也可以叫做image heap，它包含了：

在編譯時創(chuàng)建出來的對象
在二進制文件中使用到的類對象（Class對象）
嵌入在方法中的對象常量

可以通過編譯時類初始化把一個對象放入image heap中：

class Example {
    private static final String message;
    static {
        message = System.getProperty("message");
    }
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Hello, World! My message is: " + message);
    }
}

正常用java運行：

javac Example.java
java -Dmessage=hi Example
Hello, World! My message is: hi

java -Dmessage=hello Example 
Hello, World! My message is: hello

java Example
Hello, World! My message is: null

而如果使用編譯期類初始化：

native-image Example --initialize-at-build-time=Example -Dmessage=native
========================================================================
GraalVM Native Image: Generating 'example' (executable)...
========================================================================
...
Finished generating 'example' in 19.0s.

./example 
Hello, World! My message is: native

./example -Dmessage=aNewMessage
Hello, World! My message is: native

Example類的初始化在編譯期被執(zhí)行了，并且會創(chuàng)建一個String對象賦值給message屬性，并且把它存進了image heap中，運行的時候就直接從image heap中拿出來用了，忽略了運行時指定的-Dmessage

靜態(tài)分析

native image在執(zhí)行時，會先進行靜態(tài)分析，靜態(tài)分析會掃描出當(dāng)前應(yīng)用程序中真正用到了哪些類、方法、屬性（其實通常我們一個應(yīng)用中很多類，特別是依賴的第三方Jar包中的類，是沒有被應(yīng)用程序使用的），這些元素稱之為reachable code。

靜態(tài)分析包含兩個部分：