Spring Boot 开发者如何在约束最少的情况下提高其应用程序的运行时效率，以便在大多数应用程序中享受这些好处？答案是 Spring Boot 3.3 引入的 CDS 支持，它可以让您的 Spring Boot 应用程序启动更快并消耗更少的内存。它是基于我在几个月前介绍过的 Spring Framework 6.1 引入的基础之上构建的。

关键在于，与 GraalVM 本机镜像支持 相比，新的 CDS 支持提供了不同的价值主张：通过 CDS 获得的改进，例如在启动时间方面，虽然不如本机镜像那样显著，但仍然非常重要，同时您可以继续使用常规 JVM，且副作用很少。

Spring Boot 以生产就绪的方式支持 CDS 和 GraalVM 本机镜像，并根据您的具体情况和偏好提供选择。

CDS，JVM 中的隐藏瑰宝

CDS 代表 类数据共享 (Class Data Sharing)，这是一项成熟的技术，已在大多数 JVM 中可用和使用，但迄今为止尚未充分发挥其潜力。简单来说，您可能已经在不知不觉中使用了 CDS，但仅限于优化 JDK 类的加载，而您的应用程序或库中的类可能并未利用它。要解锁这一点，需要对您的应用程序执行一次训练运行。

您还需要满足一组约束条件，如果没有像 Spring Boot 这样的专用支持，这些约束很容易被打破

• 必须使用完全相同的 JVM。
• Classpath 必须指定为 JAR 列表，并避免使用目录、* 通配符和嵌套 JAR。
• 必须保留 JAR 的时间戳。
• 在生产运行时使用 CDS 归档时，classpath 必须与创建归档时使用的 classpath 相同，且顺序一致。可以在末尾指定额外的 JAR 或目录（但这些不会被缓存）。

Spring Boot 3.3 通过提供两项新功能释放了这一潜力：自解压可执行 JAR 和 Buildpacks CDS 支持。

自解压可执行 JAR

直接使用可执行 JAR 运行 java -jar my-app.jar 并不是在生产环境中运行应用程序最有效的方式。这一点在文档中有所说明，但根据我与 Spring 社区的各种讨论，大多数不使用 Buildpacks 的开发者和运维人员会忽略这一点。而且直到最近，还没有真正的一流功能来提供帮助。

Spring Boot 3.3 改变了这一点，引入了可执行 JAR 无需任何外部工具即可自解压的能力，只需使用通常已用于运行应用程序的 java 命令即可

java -Djarmode=tools -jar my-app.jar extract --destination application

然后您可以使用以下命令更高效地运行 Spring Boot 应用程序

java -jar application/my-app.jar

这项功能有一个超级能力：它被设计用于满足 CDS（以及 Project Leyden）的约束。因此，结合 Spring Framework 对 CDS 训练运行的支持，您可以按如下方式为您的 Spring Boot 应用程序创建 CDS 归档

java -XX:ArchiveClassesAtExit=application.jsa -Dspring.context.exit=onRefresh -jar application/my-app.jar

然后您可以使用 CDS 启用方式启动您的应用程序

java -XX:SharedArchiveFile=application.jsa -jar application/my-app.jar

Buildpacks 中的 CDS 和 Spring AOT 激活支持

自解压可执行 JAR 功能结合 CDS 使用具有灵活性，但仍需要相当多的手动步骤，因此 Spring Boot 和 Buildpacks 为 CDS 提供了集成支持，它能够

• 在创建容器镜像时自动执行训练运行。
• 将 Spring Boot 可执行 JAR 解压到上述 CDS 友好的文件布局中。
• 在容器内附带 CDS 归档。
• 运行容器镜像时自动启用 CDS。

如 https://github.com/sdeleuze/spring-boot-cds-demo 仓库中所示，可以使用 Gradle 按如下方式启用

tasks.named("bootBuildImage") {
	environment["BP_JVM_CDS_ENABLED"] = "true"
}

或者使用 Maven

<plugin>
	<groupId>org.springframework.boot</groupId>
	<artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>
	<configuration>
		<image>
			<env>
				<BP_JVM_CDS_ENABLED>true</BP_JVM_CDS_ENABLED>
			</env>
		</image>
	</configuration>
</plugin>

在训练运行期间，Spring bean 在不启动 Spring 生命周期的情况下被实例化，因此实际上您可能观察到的主要副作用是过早的数据库交互，这可以通过配置您的应用程序（或者仅通过 CDS_TRAINING_JAVA_TOOL_OPTIONS 环境变量配置训练运行）来避免，以防止此类数据库交互，如此处所述。

也可以使用 BP_SPRING_AOT_ENABLED 环境变量触发 Spring AOT 激活支持，但请务必记住以下约束

• 在您的 Maven 或 Gradle 构建中启用 Spring AOT。
• 可能需要配置 Spring AOT 以使用将在部署环境中的 Spring profile。
• CDS_TRAINING_JAVA_TOOL_OPTIONS 和 BP_SPRING_AOT_ENABLED 不能同时使用。

Broadcom 的 Spring 和 Buildpacks 团队一直在密切合作，利用这些开源特性并将其与额外的 Tanzu Platform 能力结合，以便为 Cloud Foundry 或 Kubernetes 提供一流的 CDS 支持，例如允许训练运行自动配置，使 CDS 像一个标志一样易于启用且没有副作用，并且正在开发更多平台级能力。

数据点

对于在 MacBook M2 上运行的最小 Spring MVC Tomcat 应用程序，我们观察到，与运行可执行 JAR 相比，解压后的应用程序结合 CDS 可以将启动速度加快约 1.5 倍，并将内存消耗降低 16%。如果再加入 Spring AOT，启动速度将加快约 2 倍，内存消耗将降低 27%。

我们看到 Petclinic 也有类似的改进。

这些数值在性能较低的云实例上显然会发生变化，但您应该能观察到类似的改进比例。

Spring Boot 与 Project Leyden

有趣的是，上述新 extract 命令使用的 CDS 友好布局也被设计用于与 Project Leyden 抢先体验版本 配合提供最优性能，后者可以被视为 CDS 的继任者，具有额外能力，可实现

• 更快的启动速度。
• 更小的容器镜像（通过移除 JDK 的 CDS 归档，只保留应用程序的）。
• 提前预热，以便在启动后获得更好的性能并更快达到峰值性能。

目前我们观察到，使用 Project Leyden 的 Spring Boot 应用程序启动速度加快约 3 倍，结合 Project Leyden 和 Spring AOT 时启动速度加快约 4 倍。

我将在即将到来的 Devoxx Belgium 2024 上的 Project Leyden 演讲 中分享更多内容，我很荣幸能与来自 Java 平台团队的 Per Minborg 共同进行演讲。