GraalVM 是 Oracle 大力發展和想要推廣的新一代 JVM ，目前很多架構都已經漸漸支援 GraalVM 了，比如我們在用的 Spring 也已經推出了對 GraalVM 相容的工具包了。
既然說得這麼厲害，那麼它到底是何方神聖呢。
GraalVM 和 JVM 的關系
既然叫做VM，那肯定和 JVM 有關系的吧。JVM 全稱 Java 虛拟機，我們都知道，Java 程式是運作在虛拟機上的，虛拟機提供 Java 運作時，支援解釋執行和部分的（JIT）即時編譯器，并且負責配置設定和管理 Java 運作所需的記憶體，我們所說的各種垃圾收集器都工作在 JVM 中。
比如 Oracle JDK、OpenJDK ，預設的 JVM 是 HotSpot 虛拟機，這是目前應用最廣泛的一個虛拟機。我們平時見到的各種将虛拟機的書籍、文章、面試題，基本上都是說的 HotSpot 虛拟機。
除此之外，還有一些商用，或者說小衆的虛拟機存在，比如IBM 的J9 JVM，商用的 Zing VM 等。
那 GraalVM 是另一種 Java 虛拟機嗎？
是，又不全是。
GraalVM 可以完全取代上面提到的那幾種虛拟機，比如 HotSpot。把你之前運作在 HotSpot 上的代碼直接平移到 GraalVM 上，不用做任何的改變，甚至都感覺不到，項目可以完美地運作。
但是 GraalVM 還有更廣泛的用途，不僅支援 Java 語言，還支援其他語言。這些其他語言不僅包括嫡系的 JVM 系語言，例如 Kotlin、Scala，還包括例如 JavaScript、Nodejs、Ruby、Python 等。
GraalVM 的野心不止于此，看上面的圖，它的目的是搭建一個 Framework，最終的目标是想要支援任何一種語言，無論哪種語言，可以共同跑在 GraalVM 上，不存在跨語言調用的壁壘。
GraalVM 和JDK有什麼關系
Java 虛拟機都是内置在 JDK 中的，比如Orcale JDK、OpenJDK，預設内置的都是 HotSpot 虛拟機。
GraalVM 也是一種 JDK，一種高性能的 JDK。完全可以用它替代 OpenJDK、Orcale JDK。
GraalVM 如何運作 Java 程式
說了半天，是不是還是不知道 GraalVM 到底是什麼。
- GraalVM - 還包含 Graal （JIT）即時編譯器，可以結合 HotSpot 使用
- GraalVM – 是一種高性能 JDK，旨在加速 Java 應用程式性能，同時消耗更少的資源。
- GraalVM - 是一種支援多語言混編的虛拟機程式，不僅可以運作 JVM 系列的語言，也可支援其他語言。
GraalVM 提供了兩種方式來運作 Java 程式。
第一種：結合 HotSpot 使用
上面說了，GraalVM 包含 Graal （JIT）即時編譯器，自從 JDK 9u 版本之後，Orcale JDK 和 OpenJDK 就內建了 Graal 即時編譯器。我們知道 Java 既有解釋運作也有即時編譯。
當程式運作時，解釋器首先發揮作用，代碼可以直接執行。随着時間推移，即時編譯器逐漸發揮作用，把越來越多的代碼編譯優化成本地代碼，來擷取更高的執行效率。即時編譯器可以選擇性地編譯熱點代碼，省去了很多編譯時間，也節省很多的空間。比如多次執行的方法或者循環、遞歸等。
JDK 預設使用的是 C2 即時編譯器，C2是用C++編寫的。而使用下面的參數可以用 Graal 替換 C2。
-XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseJVMCICompiler
Graal 編譯器是用 Java 實作的，用 Java 實作自己的編譯器。Graal 基于一些假設的條件，采取更加激進的方式進行優化。采用 Graal 編譯器之後，對性能又會有一定的提升。
但是如果你還是在用 JDK8，那對不起了，GraalVM 的一切都用不了。
第二種：AOT 編譯本地可執行程式
這是 GraalVM 真正厲害的地方。
AOT 提前編譯，是相對于即時編譯而言的。AOT在運作過程中耗費 CPU 資源來進行即時編譯，而程式也能夠在啟動的瞬間就達到理想的性能。例如 C 和 C++語言采用的是AOT靜态編譯，直接将代碼轉換成機器碼執行。而 Java 一直采用的是解釋 + 即時編譯技術，大多數情況下 Java 即時編譯的性能并不比靜态編譯差，但是還是一直朝着 AOT 編譯的方向努力。
但是 Java 對于 AOT 來說有一些難點，比如類的動态加載和反射調用。
GraalVM 顯然是已經克服了這些問題，使用 GraalVM 可以直接将 Java 代碼編譯成本地機器碼形态的可執行程式。
我們目前運作 Java 一定要安裝 JDK 或者 JRE 對不對，如果将程式直接編譯成可執行程式，就不用在伺服器上安裝 JDK 或 JRE 了。那就是說運作 Java 代碼其實也可以不用虛拟機了是嗎？
GraalVM 的 AOT 編譯實際上是借助了 SubstrateVM 編譯架構，可以将 SubstrateVM 了解為一個内嵌精簡版的 JVM，包含異常處理，同步，線程管理，記憶體管理（垃圾回收）和 JNI 等元件。
SubstrateVM 的啟動時間非常短，記憶體開銷非常少。用這種方式編譯出的 Java 程式的執行時間可與C語言持平。
下圖是使用即時編譯（JVM運作）與 AOT (原生可執行程式)兩種方式的 CPU 和記憶體使用情況對比，可以看出來，AOT 方式下 CPU 和記憶體的使用都非常少。
除了運作時占用的記憶體少之外，用這種方式最終生成的可執行檔案也非常小。這對于雲端部署非常友好。目前很多場景下都使用 Docker 容器的方式部署，打一個 Java 程式的鏡像包要包含完整的 JVM 環境和編譯好的 Jar 包。而AOT 方式可以最大限度的縮小 Docker 鏡像的體積。
缺點
好處多多，當然也有一些弊端。對于反射這種純粹在運作時才能确定的部分，不可能完全通過優化編譯器解決，隻能通過增加配置的方式解決。麻煩是麻煩了一點，但是是可行的，Spring Boot 2.7的版本已經支援原生鏡像了，Spring 這種非常依賴反射的架構都可以支撐，我們用起來也應該沒問題。
GraalVM 如何支援多語言
要支援多語言，就要說到 GraalVM 中的另一個核心元件 Truffle 了。
Truffle 是一個用 Java 寫就的語言實作架構。基于 Truffle 的語言實作僅需用 Java 實作詞法分析、文法分析以及針對文法分析所生成的抽象文法樹（Abstract Syntax Tree，AST）的解釋執行器，便可以享用由 Truffle 提供的各項運作時優化。
就一個完整的 Truffle 語言實作而言，由于實作本身以及其所依賴的 Truffle 架構部分都是用 Java 實作的，是以它可以運作在任何 Java 虛拟機之上。
當然，如果 Truffle 運作在附帶了 Graal 編譯器的 Java 虛拟機之上，那麼它将調用 Graal 編譯器所提供的 API，主動觸發對 Truffle 語言的即時編譯，将對 AST 的解釋執行轉換為執行即時編譯後的機器碼。
目前除了 Java， JavaScript、Ruby、Python 和許多其他流行語言都已經可以運作在 GraalVM 之上了。
GraalVM 官方還提供了完整的文檔，當有一天你開發了一款新的語言，也可以用 Truffle 讓它跑在 GraalVM 上。
安裝和使用
GraalVm 目前的最新版本是 22.3，分為社群版和企業版，就好像 OpenJDK 和 商用的 Orcale 的 JDK ，企業版會多一些性能分析的功能，用來幫助更大程度的優化性能。
社群版是基于OpenJDK 11.0.17, 17.0.5, 19.0.1，而商業版基于Oracle JDK 8u351, 11.0.17, 17.0.5, 19.0.1，是以，如果你想用免費的，隻能将程式更新到 JDK 11 以上了。
GraalVM 支援 Windows、Linux、MacOS ，可以用指令安裝最新版，或者直接下載下傳對應 Java 版本的。
我是下載下傳的 Java 11 的版本，下載下傳下來的壓縮包，直接解壓，然後配置環境變量。把解壓目錄配置到環境變量的 JAVA_HOME就可以了。
解壓好其實就相當于安裝完畢了，檢視一下版本。
進入到解壓目錄下的bin目錄中，運作 java -version。運作結果如下：
運作代碼
常用方式運作
也就是我們平時一直在用的這種方式，把 GrralVM 當做 OpenJDK 使用，隻不過把即時編譯器換成了 Graal 。就是前面說的第一種方式。
安裝完成後，就可以把它當做正常的 JDK 使用了，比如 javac、jps、jmap等都可以直接用了。大多數人還是用 IDEA 的，是以就直接在 IDEA 中使用就好了。
1、先随意建立一個 Java 項目。
2、建立完成後，打開項目設定。
3、在打開的項目設定彈出框中選擇 SDKs，點選加号，選擇前面解壓的 GraalVM 目錄。
4、然後選擇剛剛添加的這個 JDK。
5、最後運作一段測試代碼。
public class HelloWorld {
public static void main(String[] args) throws Exception {
System.out.println("Hello GraalVM!");
Thread.sleep(1000 * 100 * 100);
}
}
上面這樣的運作方式，其實就相當于前面說的第一種運作方式
native-image 方式運作
這種方式就是 AOT 編譯成機器碼，已可執行檔案的形式出現。native-image 可以指令行的形式執行，也可以在配合 Maven 執行，我這兒就直接示範用 Maven 形式的了，畢竟IDEA 搭配 Maven 用習慣了。
1、安裝native-image 工具包
native-image 是用來進行 AOT 編譯打包的工具，先把這個裝上，才能進行後面的步驟。
安裝好 GraalVM 後，在 bin目錄下有一個叫做 gu的工具，用這個工具安裝，如果将 bin目錄添加到環境中，直接下面的指令安裝就行了。
gu install native-image
如果沒有将 bin目錄加到環境變量中，要進入到 bin目錄下，執行下面的指令安裝。
./gu install native-image
這個過程可能比較慢，因為要去 github 上下載下傳東西，如果一次沒成功（比如逾時），多試兩次就好了。
2、配置 Maven
配置各種版本
<properties>
<project.build.sourceEncoding>UTF-8</project.build.sourceEncoding>
<maven.compiler.source>${java.specification.version} </maven.compiler.source>
<maven.compiler.target>${java.specification.version}</maven.compiler.target>
<native.maven.plugin.version>0.9.12</native.maven.plugin.version>
<imageName>graalvm-demo-image</imageName>
<mainClass>org.graalvm.HelloWorld</mainClass>
</properties>
native.maven.plugin.version是要用到的編譯為可執行程式的 Maven 插件版本。
imageName是生成的可執行程式的名稱。
mainClass是入口類全名稱。
配置 build 插件
<build>
<plugins>
<plugin>
<groupId>org.codehaus.mojo</groupId>
<artifactId>exec-maven-plugin</artifactId>
<version>3.0.0</version>
<executions>
<execution>
<id>java-agent</id>
<goals>
<goal>exec</goal>
</goals>
<configuration>
<executable>java</executable>
<workingDirectory>${project.build.directory}</workingDirectory>
<arguments>
<argument>-classpath</argument>
<classpath/>
<argument>${mainClass}</argument>
</arguments>
</configuration>
</execution>
<execution>
<id>native</id>
<goals>
<goal>exec</goal>
</goals>
<configuration>
<executable>${project.build.directory}/${imageName}</executable>
<workingDirectory>${project.build.directory}</workingDirectory>
</configuration>
</execution>
</executions>
</plugin>
<plugin>
<groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
<artifactId>maven-compiler-plugin</artifactId>
<version>3.8.1</version>
<configuration>
<source>${maven.compiler.source}</source>
<target>${maven.compiler.source}</target>
</configuration>
</plugin>
<plugin>
<groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
<artifactId>maven-jar-plugin</artifactId>
<version>3.2.2</version>
<configuration>
<archive>
<manifest>
<addClasspath>true</addClasspath>
<mainClass>${mainClass}</mainClass>
</manifest>
</archive>
</configuration>
</plugin>
<plugin>
<groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
<artifactId>maven-assembly-plugin</artifactId>
<executions>
<execution>
<phase>package</phase>
<goals>
<goal>single</goal>
</goals>
</execution>
</executions>
<configuration>
<archive>
<manifest>
<addClasspath>true</addClasspath>
<mainClass>${mainClass}</mainClass>
</manifest>
</archive>
<descriptorRefs>
<descriptorRef>jar-with-dependencies</descriptorRef>
</descriptorRefs>
</configuration>
</plugin>
</plugins>
</build>
配置 profiles
<profiles>
<profile>
<id>native</id>
<build>
<plugins>
<plugin>
<groupId>org.graalvm.buildtools</groupId>
<artifactId>native-maven-plugin</artifactId>
<version>${native.maven.plugin.version}</version>
<extensions>true</extensions>
<executions>
<execution>
<id>build-native</id>
<goals>
<goal>build</goal>
</goals>
<phase>package</phase>
</execution>
<execution>
<id>test-native</id>
<goals>
<goal>test</goal>
</goals>
<phase>test</phase>
</execution>
</executions>
<configuration>
<fallback>false</fallback>
<buildArgs>
<arg>-H:DashboardDump=fortune -H:+DashboardAll</arg>
</buildArgs>
<agent>
<enabled>true</enabled>
<options>
<option>experimental-class-loader-support</option>
</options>
</agent>
</configuration>
</plugin>
</plugins>
</build>
</profile>
</profiles>
3、使用 maven 編譯，打包成本地可執行程式。
執行 Maven 指令
mvn clean package
或者
mvn -Pnative -Dagent package
編譯打包的過程比較慢，因為要直接編譯成機器碼，是以比一般的編譯過程要慢一些。看到下面的輸入日志，說明打包成功了。
4、運作可執行程式包，打開 target 目錄，已經看到了graalvm-demo-image可執行程式包了，大小為 11.58M。
然後就可以運作它了，進入到目錄下，執行下面的指令運作，可以看到正常輸出了。注意了，這時候已經是沒有用到本地 JVM 了。
./graalvm-demo-image
Hello GraalVM!
這時候，用 jps -l指令已經看不到這個程序了，隻能通過 ps看了。
總結
雖然我們還沒有看到有哪個公司說在用 GraalVM 了，但是 Quarkus、Spring Boot、Spring等很多的架構都已經支援 GraalVM 的 Native-image 模式，而且在 Orcale 的大力推廣下，相信不久之後就會出現在更多的産品中。趕緊體驗一下吧。
來源：https://mp.weixin.qq.com/s/_F8guRZ7OQL1Ge70vYlFcg
作者：古時的風筝