初探JAVA 10之CDS

CDS全称是Class Data Sharing,就是通过将一组核心系统类(比如java.lang.String)装载到共享内存中,可以在多个 JVM 中共享这些类。我们知道在同一个物理机/虚拟机上启动多个JVM时,如果每个虚拟机都单独装载自己需要的所有类,启动成本和内存占用是比较高的。在JDK 1.5时,JAVA团队引入了CDS的概念,通过把一些核心类在每个JVM间共享,每个JVM只需要装载自己的应用类,启动时间减少了,另外核心类是共享的,所以JVM的内存占用也减少了。

CDS使用的是一个只读的内存映射文件,它包含了核心类的内部表示,并映射到了每个JVM的堆中。这个文件可以由JRE创建,也可以按照CDS文档手工创建。到现在,JAVA 10扩展了CDS,允许应用类被共享,扩大了共享类的范围。下面让我们看看这次的扩展是怎么样的。

创建一个HelloWorld工程。

HelloWorld

在这个工程中,App类是我们的启动类,而AppOne并没有被用到。所以实际上只要有App就好了,AppOne没有作用。所以我们希望CDS只要App类就好。这里我们用到三个启动参数:-Xshare:off(禁止共享类数据),-XX:DumpLoadedClassList(记录所有被装载的类),-XX:+AppCDS(-XX:DumpLoadedClassList默认只包含启动类装载器装载的类,该参数会把系统类装载器和平台类装载器也包括进来)。运行下面的命令:

/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk-10.jdk/Contents/Home/bin/java -Xshare:off  -XX:+UseAppCDS -XX:DumpLoadedClassList=hello.lst -cp target/java10test-1.0-SNAPSHOT.jar com.roger.App

我是在工程最顶级的目录下执行的这个命令,执行结果如下:

Hello World!

同时我们会在当前目录下看到一个hello.lst的文件,里面记录了每个类的路径:

hello.lst

我们可以看到com.roger.App已经记录下来了,但是AppOne是没有的,因为没有用到它。

拿到了共享类清单,接着就该把这些类dump到archive文件中了。此处用到四个参数:-Xshare:dump(dump共享类),-XX:+UseAppCDS(把系统类装载器和平台类装载器装载的类加入共享类),-XX:SharedClassListFile(指定共享类文件),-XX:SharedArchiveFile=hello.jsa(指定dump共享类archive文件)。完整的命令如下:

/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk-10.jdk/Contents/Home/bin/java -Xshare:dump  -XX:+UseAppCDS -XX:SharedClassListFile=hello.lst -XX:SharedArchiveFile=hello.jsa -cp target/java10test-1.0-SNAPSHOT.jar

执行完命令之后,我们会在当前目录发现一个叫hello.jsa的文件,这个就是我们dump好的共享类文件啦!顺便看看执行过程,如下图:

dump共享类

在dump好文件之后,我们就要使用这个文件了。只要执行/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk-10.jdk/Contents/Home/bin/java -Xshare:on -XX:+UseAppCDS -XX:SharedArchiveFile=hello.jsa -cp target/java10test-1.0-SNAPSHOT.jar com.roger.App就好了。结果会打印在控制台。

AppCDS会把archive文件中的内容映射到内存中的固定地址。但是在某些操作系统中,特别是开启了ANSR的时候,使用-Xshare:on会失败。为了使应用能适应各种情况,可以使用-Xshare:auto。在执行该命令时,如果无法使用内存映射,就会屏蔽掉AppCDS,使应用通过正常方式启动。另外,如果-Xshare:dump和-Xshare:on使用的classpath不一致,也会导致启动应用失败。所以通常情况下,我们可以先使用-Xshare:on来确保classpath是一致的,然后在线上使用-Xshare:auto就可以确保万无一失了。

如果我们想知道到底有哪些类从achive文件里面装载了呢?用-Xlog:class+load=info就好了。它会打印出所有被装载的类的名字:/Library/Java/JavaVirtualMachines/jdk-10.jdk/Contents/Home/bin/java -Xshare:on -XX:+UseAppCDS -XX:SharedArchiveFile=hello.jsa -cp target/java10test-1.0-SNAPSHOT.jar -Xlog:class+load=info com.roger.App。下图展示了部分被装载类的信息。

打印被装载的类

这些类已经被装载了,那要是应用类加载器或者内置的平台加载器要加载这些类,怎么办呢?很简单,直接从achive文件中复制一份进来,而且不会像正常类加载那样,不会解析类文件或者校验类文件。那要是自定义的类加载器要加载这些个类呢?当类加载器调用ClassLoader::defineClass时,虚拟机会把要加载的类和archive文件中的类做一个匹配,如果发现了,直接复制一份过来,同样不会解析类文件或者校验类文件。

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