Graalvm 替代 JVM 真的可以带来巨大的性能优势吗？

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！