JDK13的新特性:AppCDS詳解
簡介
AppCDS的全稱是Application Class-Data Sharing。主要是用來在不同的JVM中共享Class-Data信息，從而提升應用程序的啟動速度。
通常來說，如果要執行class字節碼，JVM需要執行下面的一些步驟：給定一個類的名字，JVM需要從磁盤上面找到這個文件，加載，並驗證字節碼，最后將它加載進來。
如果JVM啟動的時候需要加載成百上千個class，那么需要的就不是一個小數目了。
對於打包好的jar包來說，只要jar的內容不變，那么jar包中的類的數據始終是相同的。JVM在啟動時候每次都會運行相同的加載步驟。
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AppCDS的作用就是將這些能夠共享的數據歸類成一個存儲文件，在不同的JVM中共享。
基本步驟
對AppCDS有了基本的了解之后，我們講一下AppCDS的大概工作流程：
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選擇要歸檔的class，並創建一個class的列表，用在歸檔中。（ -XX:DumpLoadedClassList）
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創建歸檔文件（-Xshare:dump和-XX:SharedArchiveFile）
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使用歸檔文件（-Xshare:on 和 -XX:SharedArchiveFile）
新的JVM可以使用歸檔文件來啟動，從而減少了class加載的步驟。同時加載到內存中的區域甚至可以在其他的JVM實例中共享。從而極大的提高了JVM的啟動速度。
下面我們從JDK class文件歸檔和應用程序class文件歸檔兩個方面來講解AppCDS的具體使用。
JDK class文件歸檔
最簡單的AppCDS的例子就是歸檔JDK的class文件。JDK12，JDK13默認情況下已經開啟了AppCDS的支持。如果需要停用，我們可以添加 -Xshare:off。
下面的例子專門用於JDK10和JDK11。
創建JDK class-data archive
我們可以使用-Xshare:dump來創建JVM啟動時候默認加載的Class-Data:
java -Xshare:dump -XX:SharedArchiveFile=/tmp/sharedarchive.jsa
上面我們添加了參數-XX:SharedArchiveFile，因為默認情況下java shared archive file文件會創建在JAVA_HOME/lib/server/下面，這個是需要root權限才能寫入的。為了方便起見，我們手動指定了一個有讀寫權限的目錄。
生成的文件大概有12M，接下來我們就可以使用這個JSA文件來啟動java程序了。
使用JDK class-data archive啟動應用程序
我們先寫一個可以運行的CDS hello world：
public class CDSHelloWorld {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("CDS Hello World");
}
}
編譯之后，我們運行下面的命令來使用上面創建的jsa文件：
java -Xlog:class+load:file=/tmp/sharedarchive.log -XX:SharedArchiveFile=/tmp/sharedarchive.jsa --enable-preview CDSHelloWorld
上面的命令添加了兩個運行時參數：
-XX:SharedArchiveFile表示使用哪個具體的jsa文件來運行java程序。
-Xlog:class+load:file主要是做調試用的，將會把JVM的class load信息輸出到指定的文件中，方便我們查看。這個unified logging特性是在JDK9中添加的，后面我們也會詳細介紹。
簡單查看一下生產的log文件：
[0.010s][info][class,load] opened: /Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk-14.0.1.jdk/Contents/Home/lib/modules
[0.017s][info][class,load] java.lang.Object source: shared objects file
[0.017s][info][class,load] java.io.Serializable source: shared objects file
[0.017s][info][class,load] java.lang.Comparable source: shared objects file
...
[0.056s][info][class,load] CDSHelloWorld source: file:/Users/learn-java-base-9-to-14/java-13/target/classes/
從生成的日志文件我們可以看到，除了自己寫的java文件，其他的java class都是從shared objects file中加載的。
運行時間對比
我們可以簡單的使用time命令來對兩種情況進行一下對比，看具體的運行時間差別：
time java -Xlog:class+load:file=/tmp/sharedarchive.log -XX:SharedArchiveFile=/tmp/sharedarchive.jsa --enable-preview CDSHelloWorld
CDS Hello World
java -Xlog:class+load:file=/tmp/sharedarchive.log --enable-preview
0.06s user
0.06s system
77% cpu
0.164 total
time java --enable-preview CDSHelloWorld
CDS Hello World
java --enable-preview CDSHelloWorld
0.09s user
0.06s system
66% cpu
0.222 total
HelloWorld只是一個簡單的例子，可能兩者的區別還不是特別明顯。
如果是大型的項目，處理JDK自帶的class之外，我們還可以將項目中共享的模塊做成jsa文件，從而提升啟動速度。
應用程序class文件歸檔
應用程序class文件歸檔和上面講的JDK class文件歸檔很類似。基本步驟就是：1.列出運行應用程序時需要加載的class文件。2.將這class文件歸檔。
在JDK13之前，我們需要兩步才能生成jsa文件。在JDK13之后，只需要一個命令就行了。
生成應用程序加載class的列表
我們可以使用XX:DumpLoadedClassList來生成應用程序加載class的列表：
java -XX:DumpLoadedClassList=/tmp/classes.lst --enable-preview CDSHelloWorld
我們可以得到類似下面的class文件列表：
java/lang/Object
java/io/Serializable
java/lang/Comparable
java/lang/CharSequence
java/lang/constant/Constable
java/lang/constant/ConstantDesc
使用class文件列表生成jsa文件
有了class文件列表，我們就可以生成jsa文件了：
java -Xshare:dump -XX:SharedArchiveFile=/tmp/sharedarchive.jsa -XX:SharedClassListFile=/tmp/classes.lst --enable-preview CDSHelloWorld
跟之前的例子一樣，只不過多了一個-XX:SharedClassListFile參數。
JDK13的新用法
在JDK13，一切都變得簡單了，只需要一個-XX:ArchiveClassesAtExit就好：
java -XX:ArchiveClassesAtExit=/tmp/sharedarchive.jsa --enable-preview CDSHelloWorld
JVM將會在退出時生成jsa文件。
總結
AppCDS是一個新特性，在特別關注java啟動時間的情況下可以考慮使用。
本文的例子https://github.com/ddean2009/learn-java-base-9-to-20
本文作者：flydean程序那些事
本文鏈接：http://www.flydean.com/jdk13-appcds/
本文來源：flydean的博客
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