1 背景

JDK 5 中引入的 Class-Data Sharing (CDS) 技術(shù)允許將一組類預(yù)處理為共享存檔文件，然后可以在運行時進(jìn)行內(nèi)存映射以減少啟動時間。當(dāng)多個 JVM 共享同一個歸檔文件時，它還可以減少內(nèi)存占用。

在 OpenJDK 社區(qū)，CDS 技術(shù)發(fā)展有兩個演進(jìn)方向：

擴(kuò)大archive的類的范圍：CDS -> AppCDS -> Dynamic CDS。

擴(kuò)大archive的數(shù)據(jù)種類：metadata（CDS、AppCDS、Dynamic AppCDS) -> 基本類對象 -> strings -> module -> Support for pre-generated java.lang.invoke classes in CDS archive。

Dynamic CDS特性（JEP 350: Dynamic CDS Archives[1]）主要功能：

繼續(xù)增加類共享的范圍，提升共享類技術(shù)的收益

簡化使用 AppCDS 時 dump classlist 的操作，直接在程序退出時 dump 內(nèi)存中的類到 JSA 文件。

畢昇JDK 8 中實現(xiàn)的 Dynamic CDS 特性相比之前的 AppCDS ，增加了 Custom ClassLoader 的支持，擴(kuò)展了共享類的支持范圍；且該JDK版本帶有基本類的 base JSA 文件，可以消除 dump classlist 的步驟，提高該特性的易用性。經(jīng)測試，在使用此特性的情況下 SpringBoot 啟動時間具有顯著提升。

注：JEP 350 中 Dynamic CDS 增加支持的類（lambda、匿名類），畢昇JDK 8 暫時沒有實現(xiàn)。

2 特性介紹

Java 應(yīng)用程序使用base JSA運行，在程序執(zhí)行結(jié)束時對類進(jìn)行動態(tài)歸檔生成top JSA，top JSA將包含base JSA以外所有可以共享的類(包含Custom ClassLoader加載的類)，共享類范圍的擴(kuò)大提供了更短的啟動時間，而且Dynamic CDS對于額外共享的類采用重定位（relocate）到一個更加緊湊的內(nèi)存空間以減少空間的浪費。

base JSA：使用CDS/AppCDS生成的類共享文件，當(dāng)不指定其路徑時，默認(rèn)為：$JAVA_HOME/jre/lib//server/classes.jsa。
top JSA：使用Dynamic CDS生成的類共享文件。

注：類數(shù)據(jù)區(qū)分為讀寫、只讀，分別放置在RW、RO區(qū)。

此特性可以使用default JSA（JDK包中自帶的基本類的JSA文件）作為base JSA，因此可以簡化CDS特性使用步驟，生成top JSA后，運行程序時則同時將base JSA、top JSA映射到內(nèi)存中以加速啟動和節(jié)省內(nèi)存。

此特性為保證Customer ClassLoader加載類的正確性，與AppClassLoader、ExtClassLoader在FindLoadedClass時直接由classLoader來查找共享類不同，其在DefineClass中的基本校驗完畢后查詢共享類。

3 使用說明

3.1 相關(guān)參數(shù)說明

3.2 使用步驟

分為兩個步驟：

將可共享類的元數(shù)據(jù)（MetaData）dump 進(jìn)文件；

使用該文件執(zhí)行 Java 程序。

下面以 HelloWorld 程序為例簡單說明 Dynamic CDS 的用法。

預(yù)置條件：Java 程序 HelloWorld.class。

下面是每個步驟的命令行，相關(guān)參數(shù)說明請參見 JVM 參數(shù)說明。

步驟一：生成 top JSA（依賴 base JSA ），實驗特性開關(guān)需要使能

java-XX:+UnlockExperimentalVMOptions-Xshare:on-XX:ArchiveClassesAtExit=top.jsa-XX:+InfoDynamicCDSHelloWorld

如果因為某些參數(shù)改變，導(dǎo)致 JDK 包中帶的 default JSA 無法使用，請重新用 CDS/AppCDS 生成 base JSA。

非正常結(jié)束的進(jìn)程，比如 kill -9 殺死進(jìn)程，則無法生成 JSA，則需要通過 jcmd GC.dynamic_cds_dump 命令在進(jìn)程結(jié)束之前生成。

可省略 -XX:SharedArchiveFile 參數(shù)，此時默認(rèn)使用 -XX:SharedArchiveFile=$JAVA_HOME/jre/lib//server/classes.jsa 文件。

因為生成 JSA 過程中會修改運行時數(shù)據(jù)，無法保證運行時正確，因此 dump top JSA 結(jié)束后直接退出進(jìn)程。

步驟二：使用 top JSA 運行 Java 程序

java-XX:+UnlockExperimentalVMOptions-Xshare:on-XX:ArchiveClassesAtExit=top.jsa-XX:+InfoDynamicCDSHelloWorld

top JSA 中記錄了 base JSA 的路徑，可以在參數(shù)中只指明 top JSA 。如果 base JSA 路徑在 top JSA 生成之后發(fā)生了改變，需要同時指明 base、top JSA 的路徑：

java-Xshare:on-XX:SharedArchiveFile=base.jsa:top.jsa-XX:+InfoDynamicCDSHelloWorld

3.3 使用限制

生成、使用JSA兩階段參數(shù)和環(huán)境PAGE_SIZE必須一致

restore階段使用參數(shù) -XX:ObjectAlignmentInBytes=32、16 時，運行時會報錯，信息如下：

ErroroccurredduringinitializationofVM
Unabletousesharedarchive.
Anerrorhasoccurredwhileprocessingthesharedarchivefile.
Thesharedarchivefile'sObjectAlignmentInBytesof8doesnotequalthecurrentObjectAlignmentInBytesof32.

錯誤原因：因為生成 base JSA 時，ObjectAlignmentInBytes 默認(rèn)為8，讀取時不支持指定其他對齊參數(shù)。

解決方法：重新使用 CDS/AppCDS 生成 base JSA 使用，生成時參數(shù)加入使用時對應(yīng)的 -XX:ObjectAlignmentInBytes 的值即可。

當(dāng)dump時的系統(tǒng)環(huán)境變量pagesize小于使用時的pagesize，運行時會報錯，信息如下：

Anerrorhasoccurredwhileprocessingthesharedarchivefile.
UnabletomapReadOnlysharedspaceatrequiredaddress.
ErroroccurredduringinitializationofVM
Unabletousesharedarchive.

錯誤原因：page_size 影響 JSA 文件中的數(shù)據(jù)對齊，系統(tǒng)無法為JSA文件恢復(fù)分配內(nèi)存。

解決方法：重新使用 CDS/AppCDS 在當(dāng)前環(huán)境生成 JSA 使用即可。

不支持關(guān)閉壓縮指針

使用 CDS（restore）階段使用參數(shù) -XX:-UseCompressedOops 或 -XX:-UseCompressedClassPointers 時，運行時會報錯，信息如下：

ErroroccurredduringinitializationofVM
Unabletousesharedarchive.:UseCompressedOopsandUseCompressedClassPointersmustbeonforUseSharedSpaces.
Classdatasharingisinconsistentwithotherspecifiedoptions.

錯誤原因：目前 CDS 只支持壓縮指針場景。

解決方法：使用時應(yīng)當(dāng)開啟壓縮指針開關(guān)，后續(xù)會支持壓縮指針關(guān)閉場景。

最大堆地址值需小于32G（當(dāng)使用默認(rèn)參數(shù) -XX:ObjectAlignmentInBytes=8）

使用 CDS（restore）階段使用參數(shù)和 （值 ）的組合，運行時會報錯，信息如下：

Anerrorhasoccurredwhileprocessingthesharedarchivefile.
Unabletoreservesharedspaceatrequiredaddress0x0000000800000000
ErroroccurredduringinitializationofVM
Unabletousesharedarchive.

錯誤原因：JSA 文件的映射地址的堆區(qū)間，不能被參數(shù)所指定的JVM 其他組件占用。

解決方法：將此組合值 改為小于 32 可正常運行。

Dynamic CDS 不支持的共享類

Java version1.5 以及之前的類不支持共享。

JVM anonymous class 不支持共享。

如果基類不支持共享，則該類也不支持共享。

Dynamic CDS 不支持 JFR

JFR組件啟動過程會通過 asm 動態(tài)創(chuàng)建匿名類（anonymous class），與 Dynamic CDS 沖突。

4 性能測試

SpringBoot場景測試結(jié)果：

測試說明：

經(jīng)測試，使能 Dynamic CDS 特性相比于默認(rèn)參數(shù) java -jar spring-petclinic-2.5.0-SNAPSHOT.jar 啟動效率會提升14.3％。

5 特性演進(jìn)

后續(xù)畢昇JDK8 CDS特性將支持壓縮指針關(guān)閉場景。

審核編輯：湯梓紅