JVM高级篇

GraalVM

GraalVM是Oracle官方推出的一款高性能JDK，使用它享受OpenJDK更好的性能。

 左图是OpenJdk 右图是GraalVM

1.更低的CPU、内存使用率

2.更快的启动速度，无需预热即可获得最好的性能

3.更好的安全性，更小的可执行文件

4.支持多种框架Springboot、Micronaut、Helidon、Quarkus

5.多家云平台支持

6.通过Truffle框架运行JS、Python、Puby等其他语言

GrallVM的版本

GraalVM社区版的环境搭建

需求：搭建Linux下的GraalVM社区版本环境（windows不支持）

GraalVM的两种运行模式

JIT模式

及时编译模式，与OracleJDK类似，满足两个特点：

1.一次编写，到处运行

2.预热之后，通过内置的Graal即时编译器优化热点代码，生成比Hotspot JIT更高性能的机器码

GraalVM的性能测试

AOT模式

提前编译模式

AOT编译器通过源代码，为特定平台创建可执行文件。比如，在windows下编译完成之后，会生成exe文件。通过这种方式，达到启动之后获得最高性能的目的。但是不具备跨平台特性。不同的平台使用需要单独编译

这种模式生成的文件称之为Native Image镜像

AOT模式的测试

GraalVM模式和版本的性能对比

应用场景

GraalVM存在的问题：虽然AOT模式在启动速度，内存和CPU开销上非常有优势，但是使用这种技术会带来几个问题：

解决方案：

使用Springboot3搭建GRaalVM环境

什么场景下需要使用GraalVM？

1.对性能要求比较高的场景，可以选择使用收费的企业版提升性能

2.公有云的部分业务是按照CPU和内存使用量进行计费的，使用GraalVM可以有效地降低费用

GraalVM企业级应用-Serverless架构

传统的系统架构中，服务器等基础设施的运维，安全，高可用等工作都需要企业自行完成，存在两个主要问题：

1.开销大，包括人力开销，机房建设的开销

2.资源浪费，面对一些突发的流量冲击，比如秒杀等活动，必须提前规划好容量准备好大量服务器，这些服务器在其他时候会处于闲置的状态，造成大量的浪费

serverless架构

serverless架构---函数计算

函数计算的主要应用场景有如下几种：

1.小程序、API服务中的忌口，此类接口的调用频率不高，使用的常规的服务器架构容易产生资源浪费，使用Serverless就可以实现按需付费降低成本，同时支持自动伸缩能应对流量的突发情况

2.大规模任务处理，比如音视频文件转码、审核等，可以利用事件机制当文件上传之后，自动触发对应的任务。

函数计算的计费标准包括CPU和内存使用量，所以使用GraalVM AOT模式编译出来的本地镜像可以节省更多的成本

案例2：将程序部署到阿里云函数计算

Serverless应用

函数计算的服务资源比较受限，比如AWS的Lambda服务一般无法支持超过15分钟的函数执行，所以云服务商提供了另外一套方案：基于容器的serverless应用，无需手动配置k8s中的Pod、service等内容，只需选择镜像就可以直接自动生成应用服务。

同样，Serverless应用的计费标准中包含CPU和内存使用量，所以使用GraalVM AOT模式可以节省更多成本

参数优化和故障诊断

GraalVM的内存参数

GraalVM是一款独立的JDK，所以大部分HotSpot的虚拟机参数都不适用。

实战案例4：内存快照文件的获取

案例5：运行时数据的获取

什么是GraalVM？

什么场景下使用GraalVM？

新一代的GC

垃圾回收器的技术演进

不同的垃圾回收器设计的目标是不同的，如图：

Shenandoah GC

ShenandoahGC是由Red Hat开发的一款低延迟的垃圾收集器，Shenandoah并发执行大部分GC工作，包括并发的整理，堆大小对STW的时间基本没有影响。

Shenandoah的使用方法

1.下载

2.配置

3.添加参数，运行java程序

ShenandoahGC并不是一定最好的，它在某种场景下非常慢

ZGC

ZGC是一种可扩展的低延迟垃圾回收器。ZGC在垃圾回收过程中，STW的时间不会超过一毫秒，适合需要低延迟的应用。支持几百兆到16TB的堆大小。堆大小对STW的时间基本没有影响。

ZGC降低了停顿时间，能降低接口的最大耗时，提升用户体验。但是吞吐量不佳，所以如果Java服务比较关注QPS（每次的查询次数）那么G1是比较不错的选择

ZGC的2版本更迭

ZGC的使用方法

ZGC的参数设置

需要设置的参数：

与其他垃圾回收器的对比图

ZGC的调优

实战案例

内存不足时的垃圾回收测试

总结

揭秘JAVA工具

除了java编写的业务系统之外，还有一类程序也需要java程序员参与编写，就是java工具

常见的java工具有以下几类：

1.诊断类工具：Arthas、VisualVM

2.开发类工具：Idea、Eclipse

3.APM应用性能监测工具：Skywalking、Zipkin

4.热部署工具：Jrebel

Java Agent技术

Java Agent技术是JDK提供的用来编写Java工具的技术，使用这种技术生成一种特殊的jar包，这种jar包可以让java程序运行其中的代码

Java Agent的两种模式

Java Agent实现了让java程序执行独立的Java Agent程序中的代码，执行的方式有两种：

1.静态加载模式

2.动态加载模式

静态加载模式

静态加载模式可以在程序启动的一开始就执行我们需要执行的代码，适合用APM等性能监测系统从一开始就监控程序的执行性能。静态加载模式需要在Java Agent的项目中编写一个premain的方法，并打包成jar包

动态加载模式

动态加载模式可以随时让Java agent代码执行，适用于Arthas等诊断系统。动态加载模式需要在Java Agent的项目中编写一个agentmain的方法，并打包成jar包

搭建java agent静态加载模式的环境

搭建Java Agent动态加载模式的环境

实战案例1：简化版的Arthas

查看内存的使用情况

JMX技术——获得运行时信息

获取JVM默认提供的Mbean可以通过如下方式，例如获得内存信息：

查看直接内存使用情况，生成堆内存快照

打印栈信息

 

打印类加载器

打印类的源码

步骤：

1.获得内存中的类的字节码信息。利用Instrumentation提供的转换器来获得字节码信息。

2.通过反编译工具将字节码信息还原成源代码信息

反编译工具会使用jd-core依赖库完成

打印方法执行的参数和耗时

问：Spring AOP是不是也可以实现类似的功能？

确实可以，但是存在问题：

ASM----打印方法执行的参数和耗时

ASM是一个通用的Java字节码操作和分析框架。它可用于直接以二进制形式修改现有类或动态生成类。ASM重点关注性能。让操作尽可能小且尽可能快，所以它非常适合在动态系统中使用。ASM的缺点是代码复杂。

步骤：

打印方法执行参数和耗时----Byte Buddy

Byte Buddy是一个代码生成和操作库，用于在Java应用程序运行时创建和修改Java类，而无需编译器的帮助。Byte Buddy底层基于ASM，提供了非常方便的API

操作步骤：

最后将整个简化版的Arthas进行打包，在服务器上进行测试。使用maven-shade-plugin插件可以将所有依赖打入一个jar包中并指定入口main方法

APM系统

静态加载的应用场景