Spring Boot 開發人員如何以最小的限制，提高其應用程式的執行效率，以便在大多數應用程式上享受這些優勢？ 答案是 Spring Boot 3.3 引入的 CDS 支援，它能讓您更快地啟動 Spring Boot 應用程式並消耗更少的記憶體。它基於我幾個月前介紹的 Spring Framework 6.1 引入的基礎。

一個關鍵點是，與 GraalVM native image 支援相比，這種新的 CDS 支援提供了不同的價值主張：使用 CDS 獲得的改進不如 native image 在啟動時間上的改進那麼顯著，但它們仍然非常重要，同時您可以繼續使用常規 JVM，副作用非常少。

Spring Boot 以生產就緒的方式支援 CDS 和 GraalVM native image，並根據您的上下文和觀點為您提供選擇。

CDS，JVM 中的隱藏寶石

CDS 代表 Class Data Sharing (類別資料共享)，它是一項成熟的技術，已在大多數 JVM 中可用並使用，但到目前為止尚未充分發揮其潛力。 簡而言之，您可能已經在使用 CDS 而不知情，但僅用於優化 JDK 類別的載入，而您的應用程式或函式庫的類別可能沒有利用它。 為了開啟這一點，需要對您的應用程式執行訓練。

您還需要滿足一組約束條件，如果沒有像 Spring Boot 這樣的專用支援，很容易打破這些約束條件。

• 必須使用完全相同的 JVM。
• 必須將類別路徑指定為 JAR 列表，並避免使用目錄、* 萬用字元和巢狀 JAR。
• JAR 的時間戳記必須保留。
• 當為生產執行使用 CDS 封存檔時，類別路徑必須與用於建立封存檔的路徑相同，且順序相同。 可以在末尾指定其他 JAR 或目錄（但不會被快取）。

Spring Boot 3.3 透過提供 2 個新功能來釋放這種潛力：自解壓縮可執行 JAR 和 Buildpacks CDS 支援。

自解壓縮可執行 JAR

直接使用可執行 JAR 執行 java -jar my-app.jar 並不是在生產環境中執行應用程式的最有效方式。 這已在 文件中說明，但根據我與 Spring 社群的各種討論，大多數未使用 Buildpacks 的開發人員和營運人員都錯過了這一點。 直到最近，還沒有真正的第一類功能來提供幫助。

Spring Boot 3.3 改變了這一點，並引入了可執行 JAR 自解壓縮的功能，無需任何外部工具，只需使用可能已經可用於執行應用程式的 java 命令即可。

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

然後，您可以使用以下方式更有效率地執行 Spring Boot 應用程式

java -jar application/my-app.jar

此功能具有超能力：它旨在滿足 CDS（和 Project Leyden）的約束條件。 因此，結合 Spring Framework 對 CDS 訓練執行的支援，您可以為您的 Spring Boot 應用程式建立 CDS 封存檔，如下所示

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

然後，您可以使用以下方式啟動已啟用 CDS 的應用程式

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

Buildpacks 中的 CDS 和 Spring AOT 啟動支援

自解壓縮可執行 JAR 功能與 CDS 使用結合使用非常靈活，但仍然需要相當多的手動步驟，因此 Spring Boot 和 Buildpacks 提供對 CDS 的整合支援，它

• 在建立容器映像時自動執行訓練。
• 將 Spring Boot 可執行 JAR 解壓縮到上面提到的 CDS 友好的檔案佈局中。
• 將 CDS 封存檔運送到容器中。
• 在執行容器映像時自動啟用 CDS。

如 https://github.com/sdeleuze/spring-boot-cds-demo 儲存庫所示範，可以使用 Gradle 啟用它，如下所示

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

或使用 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>

在訓練執行期間，Spring bean 會被實例化，而不會啟動 Spring 生存週期，因此在實務中，您可能會觀察到的主要副作用是早期資料庫互動，可以透過配置您的應用程式（或僅使用 CDS_TRAINING_JAVA_TOOL_OPTIONS 環境變數進行訓練執行）來避免這種資料庫互動，如 此處所述。

也可以使用 BP_SPRING_AOT_ENABLED 環境變數觸發 Spring AOT 啟動支援，但請記住以下這些約束條件

• 在您的 Maven 或 Gradle 建置中啟用 Spring AOT。
• 可能會配置 Spring AOT 以使用將在部署環境中使用的 Spring 設定檔。
• CDS_TRAINING_JAVA_TOOL_OPTIONS 和 BP_SPRING_AOT_ENABLED 不能結合使用。

Broadcom 的 Spring 和 Buildpacks 團隊一直密切合作，以利用這些 OSS 功能，並將它們與其他 Tanzu Platform 功能相結合，以便為 Cloud Foundry 或 Kubernetes 提供一流的 CDS 支援，例如允許訓練執行自動配置，使 CDS 能夠像啟用一個標誌一樣容易，沒有副作用，並且還有更多平台級功能即將推出。

資料點

對於在 MacBook M2 上執行的最小 Spring MVC Tomcat 應用程式，我們觀察到，與執行可執行 JAR 相比，結合 CDS 的解壓縮應用程式允許啟動速度快約 1.5 倍，且記憶體消耗低 16%。 如果我們將 Spring AOT 加入其中，我們將獲得啟動速度快約 2 倍，且記憶體消耗低 27%。

我們看到了 Petclinic 也有類似的改進。

這些值顯然會在效能較差的雲端實例上發生變化，但您可能會觀察到類似的改進比率。

Spring Boot 和 Project Leyden

有趣的是，上面描述的新 extract 命令使用的 CDS 友好的佈局也被設計為在 Project Leyden Early-Access builds 中提供最佳效能，這可以被視為 CDS 的繼承者，具有允許的其他功能

• 更快的啟動速度。
• 更小的容器映像（透過刪除 JDK 的 CDS 封存檔，僅保留應用程式的 CDS 封存檔）。
• 提前預熱，以便在啟動後獲得更好的效能，並更快達到峰值效能。

目前我們觀察到，使用 Project Leyden 的 Spring Boot 應用程式的啟動速度快約 3 倍，而結合 Project Leyden 和 Spring AOT 時，啟動速度快約 4 倍。

我將在即將到來的 Devoxx Belgium 2024 的 Project Leyden 演講中分享更多內容，我很榮幸能與 Java 平台團隊的 Per Minborg 共同主持這次演講。