Eclipse Open J9：Eclipse OMR 项目提供的开源 JVM

  • Monica Beckwith
  • 盖磊

2018 年 3 月 5 日

话题：JavaJVM语言 & 开发架构

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自 1997 年以来，IBM 一直致力于开发自己的 JVM 产品 J9 JVM。J9 构建为一种闭源的（自有的）JVM 独立实现，其类库基于经授权的 Sun 实现（现在称为 OpenJDK）。J9 中具有多项改进，以及一些引领性的优化技术，包括：分层编译（ Tiered Compilation）、共享类、逃逸分析 (Escape Analysis)、一些特定于硬件的优化技术（诸如选取适当的大型页面大小）、软实时（soft realtime）垃圾回收、使用 Apache Harmony 和动态事前编译（AOT，ahead-of-time）的 API 优化，以及多种特定于对象锁的优化等。

自 J9 第五版以来，J9 JVM 已经提供在 IBM 的 JDK 中。在 Windows 平台上，JDK 绑定并随 IBM 的 Websphere Application Server（WAS）交付。而在 Linux、AIX、z/OS 和 IBM I 平台上，JDK（也称为“SDK”，其中“S”指代“Software”）及相应的 JRE 可从 IBM DeveloperWorks 的“Downloads”页面下载，也可从 DockerHub 的https://hub.docker.com/_/ibmjava/处拉取（Pull），其中提供了包括 SDK、JRE、SFJ（Small Footprint JRE）和 Alpine Linux 等选项。

Eclipse OMR 项目

在 2016 年早期，IBM 在Eclipse OMR 项目中开源了 J9 运行时环境核心的非 Java 部分。OMR 项目是一个与语言无关的运行时工具集。关于 OMR 项目的更多细节，可参考项目共同牵头人 Mark Stoodley 博士的一个演讲幻灯片https://www.slideshare.net/MarkStoodley/omr-a-modern-toolkit-for-building-language-runtimes。

下面给出其中整体介绍 OMR 项目的部分幻灯页面。

对于 Java，语言运行时的表示如下：

如果必须对 Ruby 给出类似的运行时，表示如下：

如果将 Ruby 替换为 Python，那么运行时环境模块与 Ruby 类似。这样，我们清楚地看出，IBM 可以将 J9 运行时组织为一个运行时核心组件层，正如下面的幻灯页面所示：

由此，OMR 项目可以构建为一系列语言无关的运行时组件，因此可构建用于 Java、Ruby、Python 及其它语言的运行时。

OMR 项目具有如下组件：

  • 一个管理运行时堆（Heap）的垃圾回收框架，其中包括标记 - 清除（Mark-sweep）、分代（generational）和并行清理（parallel scavenge）垃圾回收。
  • 管理每个解释器和线程上下文的虚拟机 API。
  • 用于生成本地代码（native code）的编译器。
  • 诊断服务，也称为“健康中心”。用于为实时诊断垃圾回收及其他运行时的细节提供帮助，并提供分析方法的能力。
    • 一个追踪库，有助于实现与监控工具的通信。
  • 一些软件库，用于端口、线程等功能，并提供一些用于平台抽象和平台运行时功能的工具。还有一个用于信号处理的软件库。

IBM 工程师已基于 OMR 组件构建了一些语言的运行时和 JIT 编译器，其中包括：Ruby、Python、SOM++（Smalltalk）、一种称为 Lua Vermelha 的 Lua JIT、一种用于 Rosie 模式语言的 JIT、Swift 的部分 JIT、用于 Base9（一种类似于 JavsScript 的简单运行时）和 Kaleidoscope 的教程 JIT 和运行时、一种 LLVM 项目使用教程语言。它们是 IBM 工程师在使用 OMR 项目构建自己的 SDK for Java 8 中额外实现的。

关于 Eclipse OMR 的更多信息，可查看：

Eclipse OpenJ9 项目

在本文开篇处，简要地介绍了 IBM 的 J9 JVM。J9 在 2016 和 2017 年时依然是闭源的。此后，它作为一个开放管理的开源项目，被转交给了 Eclipse 基金会，并重命名为“OpenJ9”。这是因为 IBM 看到了开源社区的巨大影响力，而 J9 是 IBM Java 产品中的核心组件。IBM 期望能鼓励开放社区中的开发，并最终与大型开源社区开展良好的合作。自 2017 年 9 月以来，Eclipse OpenJ9 已成为一个开源项目，IBM 和其它一些贡献者在项目中共同致力于推进 J9 JVM。

OpenJ9 使用了 Eclipse OMR 项目，它本身适合于 OpenJDK 9 及以后版本的 Java 类库，正如下面两页幻灯页面所示。幻灯来自于 Stoodly 在 JavaOne 2017 大会上所作的演讲，https://www.slideshare.net/MarkStoodley/javaone-2017-mark-stoodley-open-sourcing-ibm-j9-jvm。

该幻灯片中给出了更多关于使用 OpenJDK with OpenJ9 的信息。下面列出一些有用的链接：

OpenJ9 with OpenJDK 8

对于 Eclipse OpenJ9 项目而言，OpenJ9 with OpenJDK 9 的下载、构建和运行无疑是一个很大的成功。但是，由于 Java 9 的发布并非长期支持（LTS），而还有很多开发人员依然使用 Java 8，很显然项目需要从 OpenJDK 8 移植到 OpenJ9。

2017 年 11 月，正是 OpenJ9 成为开源项目的短短两个月后，Eclipse OpenJ9 宣布使用 OpenJ9 构建了 OpenJDK 8（https://www.eclipse.org/openj9/oj9_build.html），并且 OpenJ9 with OpenJDK 8 的二进制可从 AdoptOpenJDK 项目网站下载：https://adoptopenjdk.net/releases.html?variant=openjdk8-openj9。

根据Eclipse OpenJ9 for Java 8文章中所说，“Eclipse OpenJ9 项目使用单一代码流，在所有受支持的 Java 版本中实现了 JVM，从 Java 8 到 Java 9，乃至未来的版本”。通过这种单一流开发模式，Eclipse OpenJ9 瞄准于尽可能为当前所有受支持的各层级 JDK 同时提供 JVM 技术进展。当然，一些 JVM 改进是绑定于一些语言层级上的更改，而这些更改刻意针对 Java 的主要版本边界。Eclipse OpenJ9 将考虑到这些选择，这样编程人员可以继续依赖于他们所熟悉并偏好的某个稳固 Java 平台。

在该文中还引用了一个 OpenJ9 的性能页面，其中给出 DayTrader 3 应用基准测试的结果，测试中对比了 OpenJDK 9 with OpenJ9 和使用了 HotSpot VM 的 OpenJDK9。

从图表中一眼看去，对于运行在 OpenJ9 JVM 上的大型应用而言，共享类和 AOT 编译策略在降低应用启动时间上作用明显。如文中此图所示：

该文还指出，即便将负载应用于系统，在提供相同性能的情况下，OpenJ9 占用的内存只有使用 HotSpot 的 OpenJDK 的一半。鉴于云服务和 PaaS 服务部署通常是按单位时间占用内存的 MB 数计费，占用内存减半将可显著节省一些用例的运行费用。

查看英文原文： Eclipse Open J9 – an Open Source Java Virtual Machine Based on the Eclipse OMR Project

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