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本書作者是阿里靜態(tài)編譯研究團(tuán)隊的核心成員，曾任華為高級工程師，一直從事靜態(tài)編譯技術(shù)的研究與落地。本書得到業(yè)界多位知名專家的鼎力推薦，是深度、系統(tǒng)研究Java靜態(tài)編譯技術(shù)的鮮見資料。

閱讀本書，讀者可以了解Java靜態(tài)編譯技術(shù)的特點、實現(xiàn)機制、優(yōu)缺點等，以將其應(yīng)用到自己的業(yè)務(wù)實踐中。

【本書分為三部分】：

第1部分（第1～4章）首先概要介紹Java編譯器的演進(jìn)過程，然后介紹Java靜態(tài)編譯的基本原理、總體能力和發(fā)展前景，主要向讀者說明Java靜態(tài)編譯技術(shù)是什么、業(yè)界主流實現(xiàn)方案、GraalVM結(jié)構(gòu)及靜態(tài)編譯應(yīng)用的流程。

第2部分（第5～12章）詳細(xì)介紹GraalVM如何實現(xiàn)Java的靜態(tài)編譯，著重介紹如何支持現(xiàn)有Java特性，涵蓋靜態(tài)編譯的總體流程、重要機制（擴展、替換、類提前初始化優(yōu)化機制）、動態(tài)特性（反射和序列化）實現(xiàn)、跨語言編程能力等。讀者可以掌握GraalVM對Java靜態(tài)編譯技術(shù)的具體實現(xiàn)原理，了解動態(tài)的Java特性是如何被靜態(tài)化支持的，洞悉靜態(tài)編譯本質(zhì)。

第3部分（第13～15章）主要關(guān)注GraalVM的實踐應(yīng)用，介紹如何將傳統(tǒng)Java應(yīng)用編譯為二進(jìn)制可執(zhí)行文件或靜態(tài)庫文件并部署上云，以及與傳統(tǒng)的Java程序完全不同的編譯調(diào)試技術(shù)。讀者可以獲悉靜態(tài)編譯實踐中常見問題的解決方案，以更快擁有靜態(tài)編譯技術(shù)的應(yīng)用實踐能力。

【為什么寫作本書】

Java語言可謂程序語言界的常青藤，自1996年誕生以來，長期在受歡迎的編程語言排行榜中占據(jù)領(lǐng)先地位。除了語言本身的優(yōu)秀特性之外，Java語言持續(xù)演進(jìn)、不斷發(fā)展也是它能夠保持長盛不衰的重要原因。

近年來，隨著云原生浪潮的興起，越來越多的應(yīng)用被部署在了云廠商的云服務(wù)環(huán)境中，以計算資源的形式為用戶提供服務(wù)。在這種趨勢下，應(yīng)用本身越來越小，對跨平臺的需求越來越弱（因為平臺問題已經(jīng)由云廠商解決了），但是對應(yīng)用快速啟動、即起即用和高性能執(zhí)行的需求越來越強。Java程序的冷啟動問題在這種場景下就顯得格外突出，成為開發(fā)人員在選擇編程語言時的主要減分項。根據(jù)著名的TIOBE編程語言流行趨勢索引統(tǒng)計，Java語言的市場占有率從2016年1月的21.4%跌至2021年8月的10%，在C和Python之后，排名第三。

難道使用Java語言就只能忍受冷啟動問題嗎？Java社區(qū)和工業(yè)界一直在探索冷啟動問題的解決之道，希望使用Java的用戶在享受Java豐富生態(tài)的同時，還能獲得良好的啟動性能。比如OpenJDK提出的AppCDS（Application Class Data Sharing）技術(shù)，可以將已經(jīng)加載的類的元數(shù)據(jù)導(dǎo)出到文件，在下次啟動時直接從文件導(dǎo)入這些數(shù)據(jù)，無須再次經(jīng)過類的解析和加載等過程，由此削減啟動時的類加載開銷。但是，因為Java的冷啟動問題的根源在于JVM本身，所以在JVM之上做的各種優(yōu)化的效果都是有限的，難以實現(xiàn)質(zhì)的飛躍。

從根本上審視Java冷啟動問題可以發(fā)現(xiàn)，啟動一個Java程序并讓它達(dá)到性能的峰值需要經(jīng)過VM初始化應(yīng)用程序初始化字節(jié)碼解釋執(zhí)行JIT編譯熱點函數(shù)執(zhí)行JIT編譯后的本地代碼（native code）等環(huán)節(jié)，且不論在這些環(huán)節(jié)上能夠做出何種優(yōu)化，單這么長的一條鏈路已足以說明冷啟動問題之復(fù)雜、難解。如果不能打破這條鏈路，而只是在各個環(huán)節(jié)上進(jìn)行優(yōu)化，恐怕很難達(dá)到理想的效果。那么是否能夠打破這條長鏈，越過中間環(huán)節(jié)直達(dá)后一步，像C語言一樣直接將Java代碼編譯為本地代碼執(zhí)行呢？

答案是肯定的，這就是本書要為讀者展現(xiàn)的Java靜態(tài)編譯技術(shù)。Oracle公司推出的開源高性能多語言運行平臺項目GraalVM，打造了一個包括靜態(tài)編譯器和輕量級運行時的Java靜態(tài)編譯框架，可以將Java程序從字節(jié)碼直接編譯為本地可執(zhí)行應(yīng)用程序。與在JVM下執(zhí)行相比，靜態(tài)編譯后的Java程序的啟動速度能夠提升兩個數(shù)量級，完全解決了冷啟動問題，實現(xiàn)了Java應(yīng)用程序啟動性能的質(zhì)的突破。目前關(guān)于GraalVM靜態(tài)編譯的大多數(shù)資料都是開發(fā)團(tuán)隊發(fā)布的技術(shù)文檔、博客和GitHub上的開發(fā)相關(guān)問題討論，而缺少系統(tǒng)全面性的資料介紹，尤其缺乏中文資料。因此國內(nèi)的廣大程序開發(fā)者和技術(shù)愛好者對其并不了解。本書旨在填補這方面的空白，使讀者能夠系統(tǒng)性了解并掌握GraalVM靜態(tài)編譯技術(shù)。

【本書特色】

本書將為讀者詳細(xì)解釋GraalVM中的Java靜態(tài)編譯技術(shù)，不僅帶你了解GraalVM的靜態(tài)編譯框架的使用方法，更重要的是向你介紹其背后的實現(xiàn)原理。有興趣的讀者在閱讀完本書后可以獨立閱讀甚至修改GraalVM中的源碼，并向社區(qū)提出自己的功能改進(jìn)建議或Bug修復(fù)的補丁，幫助GraalVM更好地發(fā)展。本書側(cè)重介紹GraalVM靜態(tài)編譯框架和運行時的應(yīng)用與原理，而不太涉及編譯部分。

原因如下：其一，GraalVM的靜態(tài)編譯中使用的編譯器并不專用于Java靜態(tài)編譯，如可用于代替HotSpot的C2編譯器，其內(nèi)容博大精深，足以單獨成書，所以不會過多闡述；其二，Java靜態(tài)編譯的難點并不在于編譯本身，而是在于確定編譯的范圍以及對JVM原本動態(tài)運行時的改造適配等，因為JVM的實時編譯器早已實現(xiàn)對Java字節(jié)碼的編譯。

【如何閱讀本書】

本書分為三部分，分別從應(yīng)用、實現(xiàn)原理和具體實例三個方面進(jìn)行闡述。

部分（第1～4章）從整體上介紹GraalVM項目及其靜態(tài)編譯子項目Substrate VM。

第1章向讀者介紹Java靜態(tài)編譯產(chǎn)生的技術(shù)原因Java冷啟動問題的產(chǎn)生和由來。

第2章首先對GraalVM做概要介紹，然后分別介紹Substrate VM和方舟編譯器這兩種實現(xiàn)方案，并對比它們的技術(shù)特點。

第3章向讀者介紹Oracle GraalVM項目的整體結(jié)構(gòu)。

第4章介紹使用GraalVM靜態(tài)編譯Java應(yīng)用的詳細(xì)步驟。

第二部分（第5～12章）主要介紹GraalVM中靜態(tài)編譯框架子項目Substrate VM的實現(xiàn)原理。

第5章介紹Substrate VM靜態(tài)編譯框架的實現(xiàn)與總體流程。

第6章介紹Substrate VM中的功能擴展機制Feature機制，框架中的各個具體功能點都是通過該機制實現(xiàn)的。

第7章介紹編譯時的程序元素替換功能Substitution機制，該機制實現(xiàn)了無侵入性的程序元素替換能力，在靜態(tài)編譯框架的運行時實現(xiàn)中有基礎(chǔ)性的地位。

第8章介紹Substrate VM的類提前初始化優(yōu)化技術(shù)，該技術(shù)將符合條件的類在編譯時初始化，不但節(jié)省了運行時初始化的開銷，而且無須分析已經(jīng)運行過的類初始化函數(shù)，因此降低了編譯時的靜態(tài)分析開銷。