GraalVM Native Image 与 AOT 编译

为什么 Serverless 场景特别在意：
  冷启动计费：每次拉起都要付启动时间的钱
  内存计费：常驻内存越大，单位成本越高
  弹性伸缩：扩容时新实例能否在 100ms 内接流量

构建流水线：
  1. 入口点（main / @CEntryPoint）出发，做静态可达性分析
  2. 找出所有可达的类、方法、字段
  3. 初始化「构建时」可初始化的类（--initialize-at-build-time）
  4. 把可达代码 AOT 编译为本地机器码
  5. 链接成单一可执行文件（内含 Substrate VM 运行时）

# 安装 GraalVM（以 SDKMAN 为例）
sdk install java 21.0.2-graalce
native-image --version

# 编译一个普通 JAR
mvn -Pnative package   # 或用下面的通用命令
native-image -jar target/app.jar -o app

# 常用参数
native-image \
  -jar target/app.jar \
  -o app \
  --no-fallback \          # 构建失败就报错，不要退回 JVM 模式
  -H:+ReportExceptionStackTraces \
  -H:Name=app

<plugin>
  <groupId>org.graalvm.buildtools</groupId>
  <artifactId>native-maven-plugin</artifactId>
  <version>0.10.3</version>
  <extensions>true</extensions>
  <executions>
    <execution>
      <id>build-native</id>
      <goals><goal>compile-no-fork</goal></goals>
      <phase>package</phase>
    </execution>
  </executions>
  <configuration>
    <imageName>app</imageName>
    <buildArgs>
      <buildArg>--no-fallback</buildArg>
      <buildArg>-H:+ReportExceptionStackTraces</buildArg>
      <buildArg>-march=native</buildArg>
    </buildArgs>
  </configuration>
</plugin>

mvn -Pnative native:compile
./target/app   # 直接运行本地可执行文件

plugins {
    id("org.graalvm.buildtools.native") version "0.10.3"
}

graalvmNative {
    binaries {
        named("main") {
            imageName.set("app")
            buildArgs.add("--no-fallback")
            buildArgs.add("-O2")
        }
    }
}

./gradlew nativeCompile

# 生成 AOT 产物（源码 + 元数据）
mvn -Pnative spring-boot:process-aot

# 产物落在 target/spring-aot/main/
#   sources/   生成的 Bean 注册代码
#   resources/ META-INF/native-image 下的元数据
#   classes/

AOT 处理做了三件事：
  1. 把 @Configuration 的反射式解析 → 生成显式 Bean 注册代码
  2. 把 @Conditional 的运行时判断 → 构建期求值固化
  3. 把 @Value/@ConfigurationProperties 绑定 → 生成直接赋值代码

import org.springframework.aot.hint.*;

public class MyHints implements RuntimeHintsRegistrar {
    @Override
    public void registerHints(RuntimeHints hints, ClassLoader classLoader) {
        hints.reflection()
             .registerType(MyDto.class, MemberCategory.INVOKE_DECLARED_CONSTRUCTORS,
                                          MemberCategory.INVOKE_DECLARED_METHODS);
        hints.resources()
             .registerPattern("templates/*.mustache")
             .registerPattern("messages/*.properties");
        hints.proxies()
             .registerJdkProxy(MyService.class);
    }
}

@SpringBootApplication
@ImportRuntimeHints(MyHints.class)
public class Application {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(Application.class, args);
    }
}

META-INF/native-image/<group>/<artifact>/
  reflect-config.json    反射可访问的类/方法/字段
  resource-config.json   需要打进镜像的资源文件
  proxy-config.json      JDK 动态代理的接口组合
  serialization-config.json  序列化支持
  native-image.properties    默认构建参数

[
  {
    "name": "com.example.OrderDto",
    "allDeclaredConstructors": true,
    "allDeclaredMethods": true,
    "allDeclaredFields": true
  },
  {
    "name": "com.example.JsonConfig",
    "methods": [{ "name": "getMapper", "parameterTypes": [] }]
  }
]

# 1. 在 JVM 模式跑集成测试，同时采集元数据
java -agentlib:native-image-agent=config-output-dir=src/main/resources/META-INF/native-image \
     -jar target/app.jar

# 2. 跑全量接口后，agent 会产出/合并 JSON 配置
# 3. 用 merge 模式多轮合并（避免每轮覆盖）
java -agentlib:native-image-agent=config-merge-dir=src/main/resources/META-INF/native-image \
     -jar target/app.jar

Tracing Agent 使用要点：
  1. 覆盖率决定元数据完整度 —— 测试用例要尽量跑全
  2. 用 config-merge-dir 多轮合并，不要 config-output-dir 覆盖
  3. 采集后的 JSON 要人工复核，去掉测试专用的噪音项
  4. 定时任务、MQ 消费、异常分支都要跑到

选型决策树：
  短生命周期 / 弹性伸缩 / FaaS  → Native Image
  长驻高吞吐 / 重 JIT 优化      → JVM 模式
  构建流水线资源紧张            → JVM 模式
  需要 JVMTI/动态字节码增强     → JVM 模式（或受限）

Native Image 内存低的原因：
  1. 无 JIT 编译器本身（JIT 代码缓存占几十 MB）
  2. 无解释器、无类元数据运行时结构（Metaspace 消失）
  3. 可达性分析剪掉了大量用不到的类
  4. 堆默认更小（可用 -Xmx 调整）

# 一个较完整的生产构建参数
native-image \
  -jar target/app.jar \
  -o app \
  --no-fallback \
  -march=compatibility \        # 跨 CPU 兼容，别用 native
  -H:+AddAllCharsets \
  -H:+IncludeAllLocales \
  -J-Xmx6g \
  --enable-url-protocols=http,https \
  -Duser.timezone=Asia/Shanghai

容器化注意：
  1. 基础镜像用 distroless 或 scratch，天然没有 JVM 依赖
  2. 可执行文件必须与目标架构一致（多架构要分别构建）
  3. -march=native 会绑死 CPU 指令集，跨机器部署有风险
  4. 健康检查用 native 的轻量 HTTP，探针响应更快

渐进式落地路线：
  1. 先在 CI 里加一个 native 构建 job，只验证能构建通过
  2. 用 Tracing Agent 跑全量集成测试，采集元数据
  3. 灰度：同一服务的 JVM 版本与 Native 版本并行部署
  4. 对启动敏感的边缘/网关/Serverless 先切 Native
  5. 核心高吞吐服务保留 JVM，用 CRaC 等方案优化启动

# JVM 侧优化启动的替代方案：AppCDS + 分层编译
java -XX:+AutoCreateSharedArchive -XX:SharedArchiveFile=app.jsa -jar app.jar

# 更激进的 CRaC（检查点恢复）
java -XX:CRaCCheckpointTo=/tmp/cr -jar app.jar
jcmd <pid> JDK.checkpoint
java -XX:CRaCRestoreFrom=/tmp/cr