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GraalVM系列Native?Image?Basics靜態(tài)分析

更新時(shí)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(jìn)步，早日升職加薪

引言

native image是GraalVM中提供的一個(gè)命令，可以把字節(jié)碼文件或Jar包編譯成為一個(gè)二進(jìn)制可執(zhí)行文件，同時(shí)它自己也是用Java語(yǔ)言開發(fā)的（實(shí)現(xiàn)了Java的語(yǔ)言自舉）。

Build Time vs Run Time

native image在編譯時(shí)，可能會(huì)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(shí)運(yùn)行時(shí)才去賦值的，現(xiàn)在是編譯時(shí)可能就被賦值了，這里說的編譯不是javac）。

通常，在Java中，一個(gè)類在第一次被使用時(shí)才會(huì)進(jìn)行初始化，但是我們使用native image時(shí)就有可能直接進(jìn)行類的初始化，我們把這個(gè)機(jī)制叫做build-time initialized，而二進(jìn)制可執(zhí)行文件在運(yùn)行時(shí)，即便是第一次使用這個(gè)類時(shí)也都不會(huì)觸發(fā)類的初始化了。

默認(rèn)情況下native image是不會(huì)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(shí)觸發(fā)類的初始化：

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

native image會(huì)把常用的JDK中的類在編譯時(shí)進(jìn)行初始化，比如java.lang.String，java.util.**，等等。

編譯期類的初始化是一個(gè)專業(yè)特征，并不是所有類都適合。

請(qǐng)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(yùn)行：

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

然后，我們把它編譯為一個(gè)本地可執(zhí)行文件，然后執(zhí)行這個(gè)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(gè)過程都是在運(yùn)行時(shí)才會(huì)對(duì)HelloWorld類進(jìn)行初始化，所以默認(rèn)情況下不會(huì)進(jìn)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(shí)打印出來的，而真正在運(yùn)行時(shí)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(shí)類初始化過程中被賦值的靜態(tài)屬性，會(huì)保存在二進(jìn)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(shí)創(chuàng)建出來的對(duì)象
在二進(jìn)制文件中使用到的類對(duì)象（Class對(duì)象）
嵌入在方法中的對(duì)象常量

可以通過編譯時(shí)類初始化把一個(gè)對(duì)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(yùn)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(huì)創(chuàng)建一個(gè)String對(duì)象賦值給message屬性，并且把它存進(jìn)了image heap中，運(yùn)行的時(shí)候就直接從image heap中拿出來用了，忽略了運(yùn)行時(shí)指定的-Dmessage

靜態(tài)分析

native image在執(zhí)行時(shí)，會(huì)先進(jìn)行靜態(tài)分析，靜態(tài)分析會(huì)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(shí)通常我們一個(gè)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(gè)部分：