Graal VM 未来可能的趋势

骑猪看日落 2022-12-06 15:15 170阅读 0赞

#### 摘录《深入理解java虚拟机》----周志明----第三版的部分原文： ####

自JDK 10起，HotSpot中又加入了一个全新的即时编译器：Graal编译器，看名字就可以联想到它 是来自于前一节提到的Graal VM。Graal编译器是以C2编译器替代者的身份登场的。C2的历史已经非 常长了，可以追溯到Cliff Click大神读博士期间的作品，这个由C++写成的编译器尽管目前依然效果拔 群，但已经复杂到连Cliff Click本人都不愿意继续维护的程度。而Graal编译器本身就是由Java语言写 成，实现时又刻意与C2采用了同一种名为“Sea-of-Nodes”的高级中间表示（High IR）形式，使其能够 更容易借鉴C2的优点。Graal编译器比C2编译器晚了足足二十年面世，有着极其充沛的后发优势，在保 持输出相近质量的编译代码的同时，开发效率和扩展性上都要显著优于C2编译器，这决定了C2编译器 中优秀的代码优化技术可以轻易地移植到Graal编译器上，但是反过来Graal编译器中行之有效的优化在 C2编译器里实现起来则异常艰难。这种情况下，Graal的编译效果短短几年间迅速追平了C2，甚至某些 测试项中开始逐渐反超C2编译器。Graal能够做比C2更加复杂的优化，如“部分逃逸分析”（Partial Escape Analysis），也拥有比C2更容易使用激进预测性优化（Aggressive Speculative Optimization）的 策略，支持自定义的预测性假设等。

\-XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseJVMCICompiler 参数来启用Graal编译器。

#### Graal VM ####

2018年4月，Oracle Labs公开了Graal VM，号称`“Run Programs Faster Anywhere”`

Graal VM在HotSpot VM基础上增强而成的`跨语言全栈虚拟机，可以作为“任何语言”的运行平台使用`。语言包括：Java、Scala、Groovy、Kotlin；C、C++、Javascript、Ruby、Python、R 等  
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它支持不同语言中混合使用对方的接口和对象，支持这些语言使用已经编写号的本地库文件。

工作原理是将这些语言的源码或源代码编译后的中间格式，通过解释器转换为能被Graal VM接受的中间表示。GraalVM提供Truffle工具集快速构建面向一种新语言的解释器。在运行时还能进行编译优化，获得比原生编译器更优秀的执行效率。

#### 摘录《深入理解java虚拟机》----周志明----第三版的部分原文： ####

网上每隔一段时间就能见到几条“未来X语言将会取代Java”的新闻，此处“X”可以用Kotlin、 Golang、Dart、JavaScript、Python等各种编程语言来代入。这大概就是长期占据编程语言榜单第一 位\[1\]的烦恼，天下第一总避免不了挑战者相伴。

如果Java有拟人化的思维，它应该从来没有惧怕过被哪一门语言所取代，Java“天下第一”的底气不 在于语法多么先进好用，而是来自它庞大的用户群和极其成熟的软件生态，这在朝夕之间难以撼动。 不过，既然有那么多新、旧编程语言的兴起躁动，说明必然有其需求动力所在，譬如互联网之于 JavaScript、人工智能之于Python，微服务风潮之于Golang等。大家都清楚不太可能有哪门语言能在每 一个领域都尽占优势，Java已是距离这个目标最接近的选项，但若“天下第一”还要百尺竿头更进一步 的话，似乎就只能忘掉Java语言本身，踏入无招胜有招的境界。

2018年4月，Oracle Labs新公开了一项黑科技：Graal VM，如图1-4所示，从它的口号“Run Programs Faster Anywhere”就能感觉到一颗蓬勃的野心，这句话显然是与1995年Java刚诞生时的“Write Once，Run Anywhere”在遥相呼应。

Graal VM被官方称为“Universal VM”和“Polyglot VM”，这是一个在HotSpot虚拟机基础上增强而成 的跨语言全栈虚拟机，可以作为“任何语言”的运行平台使用，这里“任何语言”包括了Java、Scala、 Groovy、Kotlin等基于Java虚拟机之上的语言，还包括了C、C++、Rust等基于LLVM的语言，同时支 持其他像JavaScript、Ruby、Python和R语言等。Graal VM可以无额外开销地混合使用这些编程语言， 支持不同语言中混用对方的接口和对象，也能够支持这些语言使用已经编写好的本地库文件。

Graal VM的基本工作原理是将这些语言的源代码（例如JavaScript）或源代码编译后的中间格式 （例如LLVM字节码）通过解释器转换为能被Graal VM接受的中间表示（Intermediate Representation， IR），譬如设计一个解释器专门对LLVM输出的字节码进行转换来支持C和C++语言，这个过程称为程 序特化（Specialized，也常被称为Partial Evaluation）。Graal VM提供了Truffle工具集来快速构建面向一 种新语言的解释器，并用它构建了一个称为Sulong的高性能LLVM字节码解释器。

从更严格的角度来看，Graal VM才是真正意义上与物理计算机相对应的高级语言虚拟机，理由是 它与物理硬件的指令集一样，做到了只与机器特性相关而不与某种高级语言特性相关。Oracle Labs的 研究总监Thomas Wuerthinger在接受InfoQ采访时谈到：“随着GraalVM 1.0的发布，我们已经证明了拥 有高性能的多语言虚拟机是可能的，并且实现这个目标的最佳方式不是通过类似Java虚拟机和微软 CLR那样带有语言特性的字节码\[2\]。”对于一些本来就不以速度见长的语言运行环境，由于Graal VM 本身能够对输入的中间表示进行自动优化，在运行时还能进行即时编译优化，因此使用Graal VM实现 往往能够获得比原生编译器更优秀的执行效率，譬如Graal.js要优于Node.js\[3\]，Graal.Python要优于 CPtyhon\[4\]，TruffleRuby要优于Ruby MRI，FastR要优于R语言等。

对Java而言，Graal VM本来就是在HotSpot基础上诞生的，天生就可作为一套完整的符合Java SE 8 标准的Java虚拟机来使用。它和标准的HotSpot的差异主要在即时编译器上，其执行效率、编译质量目 前与标准版的HotSpot相比也是互有胜负。但现在Oracle Labs和美国大学里面的研究院所做的最新即时 编译技术的研究全部都迁移至基于Graal VM之上进行了，其发展潜力令人期待。如果Java语言或者 HotSpot虚拟机真的有被取代的一天，那从现在看来Graal VM是希望最大的一个候选项，这场革命很可能会在Java使用者没有明显感觉的情况下悄然而来，Java世界所有的软件生态都没有发生丝毫变化， 但天下第一的位置已经悄然更迭。

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