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Graalvm 替代 JVM 真的可以带来巨大的性能优势吗?

发表于:2023-12-26 09:42

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 作者:互联网架构小马哥    来源:互联网架构小马哥

  介绍
  Spring Boot有助于轻松开发独立的、可用于生产的 Spring 应用程序。它对 Spring 平台和第三方库采用固执己见的方法:以最少的配置简化设置过程。优势:
  ·易于使用:Spring Boot 简化了独立 Spring 应用程序的创建,无需复杂的配置。
  · 嵌入式服务器:它允许直接嵌入 Tomcat、Jetty 或 Undertow 等服务器,从而无需单独部署 WAR 文件。
  · Starter 依赖项:Spring Boot 提供预配置的“starter”依赖项,降低了构建配置的复杂性。
  · 自动配置:Spring Boot 自动配置 Spring 和第三方库,最大限度地减少手动设置工作。
  · 生产就绪功能:它提供生产就绪功能,例如指标、运行状况检查和外部化配置,确保应用程序稳健且可扩展。
  · 无需代码生成或 XML 配置:Spring Boot 运行时无需生成任何代码,无需 XML 配置文件,从而提高了开发效率。
  在常见的部署中,用 Java 编写的 Spring Boot 应用程序被编译成默认在 Java 虚拟机 (JVM) 中运行的字节码。还有另一种鲜为人知的运行 Java 应用程序的方式:Native application
  GraalVM通过提前将 Java 应用程序编译成紧凑的独立二进制文件,彻底改变了 Java 应用程序。这些二进制文件展现出明显的优势,启动速度比传统 Java 应用程序快近 100 倍。它们无需预热即可提供峰值性能,同时与 Java 虚拟机 (JVM) 同类产品相比,消耗的内存和 CPU 资源显着减少。
  GraalVM 并不局限于理论创新领域;它受到 Spring Boot、Micronaut、Helidon 和 Quarkus 等主要微服务框架的支持。此外,Oracle Cloud Infrastructure、Amazon Web Services、Google Cloud Platform 和 Microsoft Azure 等领先的云平台完全支持 GraalVM 集成。
  通过利用配置文件引导的优化和先进的 G1(垃圾优先)垃圾收集器,GraalVM 使我们的应用程序具有更低的延迟。事实上,它提供的性能指标与在 Java 虚拟机 (JVM) 上运行的应用程序的性能指标相当或更强。这种速度、效率和安全性的卓越结合使 GraalVM 成为现代 Java 开发的改变游戏规则的选择。
  过去,有很多使用 GraalVM 对 Java 应用程序进行基准测试的请求,期望 GraalVM 能够超越传统的 Java 虚拟机 (JVM)。
  在本篇文章中,我们将对各种 Java 应用程序的性能进行比较分析,评估它们在 JVM 和 GraalVM 环境中的执行情况。
  我们将通过在 JVM(Java 虚拟机)和 GraalVM 上执行基本的“hello world”应用程序进行比较分析。通过这个比较,我们旨在探索 GraalVM 相对于传统 JVM 的优越性能。
  测试设置
  所有测试均在具有 16G RAM 的 MacBook M1 上执行。软件版本有:
  ·JDK 21
  · Graalvm JDK 21
  · SpringBoot 3.1.4
  应用程序代码是一个包含单个路由的简单文件:
  package com.example.demo;
  import org.springframework.boot.SpringApplication;
  import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
  import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
  import org.springframework.http.ResponseEntity;
  import org.springframework.http.HttpStatus;
  import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
  @SpringBootApplication
  @RestController
  public class DemoApplication {
      public static void main(String[] args) {
          SpringApplication.run(DemoApplication.class, args);
      }
      @GetMapping("/")
      public String handleRequest() {
          return "Hello World!";
      }
  }
  为了构建原生镜像,我们使用了 MVN 的原生插件:
  <?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
  <project
   xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"
   xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
   xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 https://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
   <modelVersion>4.0.0</modelVersion>
   <parent>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId>
    <version>3.1.4</version>
    <relativePath/>
    <!-- lookup parent from repository -->
   </parent>
   <groupId>com.example</groupId>
   <artifactId>demo</artifactId>
   <version>0.0.1-SNAPSHOT</version>
   <name>demo</name>
   <description>Demo project for Spring Boot</description>
   <properties>
    <java.version>21</java.version>
   </properties>
   <dependencies>
    <dependency>
     <groupId>org.springframework.boot</groupId>
     <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
    </dependency>
    <dependency>
     <groupId>org.springframework.boot</groupId>
     <artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
     <scope>test</scope>
    </dependency>
   </dependencies>
   <build>
    <plugins>
     <plugin>
      <groupId>org.springframework.boot</groupId>
      <artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>
      <configuration>
       <mainClass>com.example.demo.DemoApplication</mainClass>
       <layout>JAR</layout>
      </configuration>
     </plugin>
     <plugin>
      <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
      <artifactId>maven-shade-plugin</artifactId>
      <version>3.5.0</version>
      <executions>
       <execution>
        <phase>package</phase>
        <goals>
         <goal>shade</goal>
        </goals>
       </execution>
      </executions>
     </plugin>
    </plugins>
   </build>
   <profiles>
    <profile>
     <id>native</id>
     <build>
      <plugins>
       <plugin>
        <groupId>org.graalvm.buildtools</groupId>
        <artifactId>native-maven-plugin</artifactId>
        <version>0.9.27</version>
        <extensions>true</extensions>
        <executions>
         <execution>
          <id>build-native</id>
          <goals>
           <goal>compile-no-fork</goal>
          </goals>
          <phase>package</phase>
         </execution>
         <execution>
          <id>test-native</id>
          <goals>
           <goal>test</goal>
          </goals>
          <phase>test</phase>
         </execution>
        </executions>
        <configuration>
         <!-- ... -->
        </configuration>
       </plugin>
      </plugins>
     </build>
    </profile>
   </profiles>
  </project>
  原生二进制大小约为76M:
  76M /Users/mayankc/Work/source/perfComparisons/java/springboot/target/demo
  结果
  每个包含500万个请求的测试分别针对50、100和300个并发连接执行。对于负载测试,我们使用了 Bombardier 测试工具。
  以下是表格形式的测试结果:
  统计
  为了更直观的展示测试结果,我们使用以下公式从结果中生成记分卡。对于每一个测量,结果获胜的按照领先度得分:
  ·<5%,不给分
  · 5%到20%之间,获胜者得1分
  · 在20%到50%之间,获胜者得2分
  · >50%,获胜者得3分
  以下是评分结果:
  结论
  选择一个简单的 hello world 案例可能不是真正释放 GraalVM 或本机代码编译潜力的最合适场景。本地运行的相同 SpringBoot 应用程序的性能并没有明显优于其 JVM 对应项。GraalVM 唯一显着的优势在于其对内存的高效利用。
  本文仅从性能方面对 GraalVM 和 传统 JVM 做了比较,参考以上测试结果,如果我们想要优化程序启动速度和对内存的利用率方面,GraalVM 会是更好的选择,至于其他性能指标,优势并不明显!
  随着 GraalVM 在国内的推广和应用越来越广泛,相信它将会在未来的软件开发领域发挥越来越重要的作用,我们期待它之后的表现!
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