GraalVM系列Native?Image?Basics靜態(tài)分析
引言
native image是GraalVM中提供的一個命令，可以把字節(jié)碼文件或Jar包編譯成為一個二進制可執(zhí)行文件，同時它自己也是用Java語言開發(fā)的（實現了Java的語言自舉）。
Build Time vs Run Time
native image在編譯時，可能會執(zhí)行類中的某些代碼，比如給類中的static屬性賦值（正常來說應該時運行時才去賦值的，現在是編譯時可能就被賦值了，這里說的編譯不是javac）。
通常，在Java中，一個類在第一次被使用時才會進行初始化，但是我們使用native image時就有可能直接進行類的初始化，我們把這個機制叫做build-time initialized，而二進制可執(zhí)行文件在運行時，即便是第一次使用這個類時也都不會觸發(fā)類的初始化了。
默認情況下native image是不會執(zhí)行編譯期類初始化的，我們可以通過兩種方式來在編譯時觸發(fā)類的初始化：
- 在執(zhí)行
native-image時傳入--initialize-at-build-time=<class> - 在一個能編譯時初始化的類中去使用其他的類
native image會把常用的JDK中的類在編譯時進行初始化，比如java.lang.String，java.util.**，等等。
編譯期類的初始化是一個專業(yè)特征，并不是所有類都適合。
請看下面的Demo加深理解：
public class HelloWorld {
static class Greeter {
static {
System.out.println("Greeter is getting ready!");
}
public static void greet() {
System.out.println("Hello, World!");
}
}
public static void main(String[] args) {
Greeter.greet();
}
}
使用Java原本的方式編譯并運行：
javac HelloWorld.java java HelloWorld Greeter is getting ready! Hello, World!
然后，我們把它編譯為一個本地可執(zhí)行文件，然后執(zhí)行這個文件：
native-image HelloWorld =============================================================== GraalVM Native Image: Generating 'helloworld' (executable)... ================================================================ ... Finished generating 'helloworld' in 14.9s.
./helloworld Greeter is getting ready! Hello, World!
我們發(fā)現，上述兩個過程都是在運行時才會對HelloWorld類進行初始化，所以默認情況下不會進行類的初始化。
我們通過添加--initialize-at-build-time=HelloWorld\$Greeter來看看編譯期類初始化是怎樣的：
native-image HelloWorld --initialize-at-build-time=HelloWorld\$Greeter ====================================================================== GraalVM Native Image: Generating 'helloworld' (executable)... ====================================================================== Greeter is getting ready! ... Finished generating 'helloworld' in 13.6s.
./helloworld Hello, World!
我們發(fā)現Greeter is getting ready!是在編譯時打印出來的，而真正在運行時由于HelloWorld類已經被初始化了，所以就沒有再初始化了。而在編譯時類初始化過程中被賦值的靜態(tài)屬性，會保存在二進制可執(zhí)行文件中的image heap中。
Native Image Heap
Native Image heap也可以叫做image heap，它包含了：
- 在編譯時創(chuàng)建出來的對象
- 在二進制文件中使用到的類對象（Class對象）
- 嵌入在方法中的對象常量
可以通過編譯時類初始化把一個對象放入image heap中：
class Example {
private static final String message;
static {
message = System.getProperty("message");
}
public static void main(String[] args) {
System.out.println("Hello, World! My message is: " + message);
}
}
正常用java運行：
javac Example.java java -Dmessage=hi Example Hello, World! My message is: hi
java -Dmessage=hello Example Hello, World! My message is: hello
java Example Hello, World! My message is: null
而如果使用編譯期類初始化：
native-image Example --initialize-at-build-time=Example -Dmessage=native ======================================================================== GraalVM Native Image: Generating 'example' (executable)... ======================================================================== ... Finished generating 'example' in 19.0s.
./example Hello, World! My message is: native
./example -Dmessage=aNewMessage Hello, World! My message is: native
Example類的初始化在編譯期被執(zhí)行了，并且會創(chuàng)建一個String對象賦值給message屬性，并且把它存進了image heap中，運行的時候就直接從image heap中拿出來用了，忽略了運行時指定的-Dmessage
靜態(tài)分析
native image在執(zhí)行時，會先進行靜態(tài)分析，靜態(tài)分析會掃描出當前應用程序中真正用到了哪些類、方法、屬性（其實通常我們一個應用中很多類，特別是依賴的第三方Jar包中的類，是沒有被應用程序使用的），這些元素稱之為reachable code。
靜態(tài)分析包含兩個部分：
- 掃描一個方法的字節(jié)碼（比如main方法），找到它可達的其他元素
- 從native image heap中的對象開始掃描，找到其他可達的元素
只有可達元素才能包含到二進制可執(zhí)行文件中，一個二進制可執(zhí)行文件編譯出來后，運行過程中就不能再有新元素被添加進去了，比如動態(tài)類加載，我們把這個叫做closed-world。
官網原文 https://www.graalvm.org/latest/reference-manual/native-image/basics/
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