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Graalvm 替代 JVM 真的可以带来巨大的性能优势吗?

时间:2023-12-25 13:44:58  来源:微信公众号  作者: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:

Graalvm 替代 JVM 真的可以带来巨大的性能优势吗?

Graalvm 替代 JVM 真的可以带来巨大的性能优势吗?

Graalvm 替代 JVM 真的可以带来巨大的性能优势吗?

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:

Graalvm 替代 JVM 真的可以带来巨大的性能优势吗?

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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