No ecossistema de computação em nuvem, a eficiência e a escalabilidade são vitais. A GraalVM oferece uma solução robusta ao permitir a compilação de código Java em executáveis nativos, mitigando o tempo de início "cold start" e aprimorando o desempenho.

A GraalVM redefine a execução de aplicações Java, Kotlin, e Scala ao facilitar a compilação Antecipada (AOT), resultando em reduções significativas no tamanho e no tempo de inicialização das aplicações.

Porém o uso da Graalvm traz uma série de desafios. Nesse artigo gostaria de mostrar alguns deles que podem ajudar a termos uma compilação nativa mais eficiente.

Aqui está sendo demonstrado o uso da Graalvm junto com o framework Micronaut.

Configurações, soluções de problemas e debug

Reduzindo o Tempo de Inicialização com GraalVM

O fenômeno conhecido como "cold start" pode impactar negativamente a escalabilidade e a resposta de sistemas em ambientes de nuvem, onde a prontidão e a eficiência são cruciais. A GraalVM enfrenta esse desafio diretamente através da compilação Ahead-Of-Time (AOT), que transforma aplicações em executáveis nativos. Esta abordagem elimina a dependência do tempo de execução da JVM, resultando em melhorias significativas no tempo de inicialização e na eficiência de recursos, porém mais complexidade pois temos que realizar diversas configurações para termos um compilação mais efetiva.

Dicas Cruciais para a Configuração do GraalVM

• Evite o recurso de fallback para JVM se a compilação AOT falhar, usando o parâmetro --no-fallback.

• Não diferir os erros de compilação para o tempo de execução. Evite parâmetros como --report-unsupported-elements-at-runtime.

• Gerencie problemas de reflexão configurando o GraalVM para reconhecer os elementos necessários. Isso pode ser feito executando testes abrangentes e utilizando um agente Java especial para rastrear chamadas reflexivas.

Os tópicos mencionados estão relacionados à compilação Ahead-of-Time (AOT) e à configuração da máquina virtual Java (JVM). Vamos detalhar cada um deles:

Evite o Recurso de Fallback para JVM se a Compilação AOT Falhar

Usar o parâmetro --no-fallback é crucial para garantir que sua aplicação seja sempre executada como código nativo. A compilação AOT pré-compila o código Java em código nativo antes da execução, em contraste com a compilação Just-in-Time (JIT) que ocorre em tempo de execução. A falha na compilação AOT pode levar algumas ferramentas a recorrer automaticamente à compilação JIT, executando o código na JVM como fallback. Especificar --no-fallback previne esse comportamento, ajudando a identificar e corrigir problemas de compilação antecipadamente, além de garantir que sua aplicação beneficie-se do desempenho do código nativo.

Não Diferir os Erros de Compilação para o Tempo de Execução

É tentador utilizar parâmetros como --report-unsupported-elements-at-runtime para adiar a resolução de problemas de compatibilidade, permitindo que sua aplicação compile, mas isso pode introduzir erros em tempo de execução. Enfrentar esses problemas durante a fase de compilação contribui para uma base de código mais robusta e confiável, além de melhorar o desempenho ao evitar surpresas indesejadas em produção.

Em resumo, essas diretrizes visam garantir que a compilação AOT seja feita de forma robusta e confiável, detectando antecipadamente os problemas potenciais e garantindo que o código seja executado como pretendido, sem recorrer à JVM ou enfrentar erros inesperados no tempo de execução.

Acelerando o Desenvolvimento comquickBuild na GraalVM

A GraalVM revoluciona a maneira como construímos e executamos aplicações Java, oferecendo a possibilidade de compilar aplicações em executáveis nativos. Uma das ferramentas mais poderosas nesse arsenal é o quickBuild, uma funcionalidade projetada para maximizar a eficiência durante o desenvolvimento e teste de software. Aqui está como o quickBuild pode transformar seu fluxo de trabalho:

O Que équickBuild?

quickBuild é um método ou comando na GraalVM que simplifica a compilação de aplicações nativas. Ele utiliza configurações predefinidas ou simplificadas para acelerar o processo de compilação, permitindo que os desenvolvedores se concentrem em iterar e aprimorar suas aplicações rapidamente.

Benefícios do Uso

• Desenvolvimento Rápido: Iteração rápida é essencial no ciclo de vida do desenvolvimento de software. quickBuild reduz o tempo de espera, permitindo uma evolução mais ágil do produto.

• Prototipagem Eficiente: Ideal para prototipagem e experimentação, onde a rapidez na criação de versões testáveis é prioritária sobre a otimização do produto final.

• Aceleração em CI: Em ambientes de Integração Contínua (CI), o quickBuild pode significativamente acelerar as builds, contribuindo para uma entrega mais fluida e contínua.

Considerações Importantes

Embora o quickBuild seja uma ferramenta valiosa para o desenvolvimento e teste, é importante notar que as otimizações que sacrifica para ganhar velocidade podem não ser ideais para aplicações destinadas à produção. Use-o como uma ferramenta de desenvolvimento e teste, e opte por configurações mais detalhadas e assertivas quando estiver pronto para lançar.

Tratando Problemas de Dynamic Proxies

1. Configuração de Dynamic Proxies: Você precisa listar explicitamente todas as interfaces que serão usadas para criar proxies dinâmicos. Isso é feito através de um arquivo de configuração JSON que deve ser fornecido ao GraalVM.
   https://www.graalvm.org/latest/reference-manual/native-image/guides/configure-dynamic-proxies/

2. Gerando Arquivo de Configuração: Para gerar esse arquivo de configuração automaticamente, você pode utilizar o agente de rastreamento do GraalVM durante a execução da sua aplicação em um ambiente de teste. O agente capturará as informações necessárias sobre os proxies dinâmicos.

Lidando com Problemas de Reflection

1. Configuração de Reflection: Assim como com os proxies dinâmicos, o GraalVM requer que todas as classes, métodos e campos acessíveis via reflexão sejam declarados em arquivos de configuração JSON.
   Reflection Use in Native Images

2. Utilizando o Agente de Rastreamento para Reflection: Execute sua aplicação com o agente de rastreamento do GraalVM ativado para gerar automaticamente os arquivos de configuração necessários. Isso incluirá informações sobre todas as chamadas de reflexão que ocorrem durante a execução.
   Configure Native Image with the Tracing Agent

3. Manutenção Manual de Configurações: Em alguns casos, pode ser necessário manter manualmente os arquivos de configuração para garantir que todas as chamadas de reflexão sejam corretamente reconhecidas pelo GraalVM.
   Reflection in Native Image

   Quando se trata de configurações específicas de reflexão no Micronaut com GraalVM, as anotações e comandos mencionados são cruciais:

   1. -H:ReflectionConfigurationFiles=src/graal/reflect-config.json:

      • Esta opção é usada para especificar manualmente os arquivos de configuração de reflexão ao construir uma imagem nativa com GraalVM.

      • Você deve gerar ou atualizar o arquivo reflect-config.json para incluir as classes e métodos que precisam de acesso de reflexão.
        Micronaut Framework- sessão 15.4 - Micronaut for GraalVM

   2. @ReflectionAccess (Micronaut):

      • Esta é uma anotação específica do Micronaut que pode ser usada para indicar que uma classe ou método deve ser incluído nas configurações de reflexão para a compilação de imagem nativa.

      • Ao anotar uma classe ou método com @ReflectionAccess, você sinaliza para o Micronaut incluir esses elementos no arquivo de configuração de reflexão.

        Micronaut Framework- sessão 15.4 - Micronaut for GraalVM

   3. @GenerateProxy (Micronaut):

      • Esta anotação é utilizada para indicar que um proxy para uma interface específica deve ser gerado em tempo de compilação.

      • Isso é útil para criar proxies de interfaces sem incorrer em custos de reflexão em tempo de execução, tornando-o compatível com a compilação de imagens nativas do GraalVM.

• Exemplos dessa abordagem podem ser observados na api de micronaut-data:
  Micronaut Data

Essas configurações e anotações são fundamentais para otimizar o uso de reflexão e proxies dinâmicos no Micronaut, especialmente ao trabalhar com imagens nativas no GraalVM, garantindo desempenho e compatibilidade. Lembrando que essas configurações são abstraídas pelo Micronaut, porém trata-se de conceitos da GraalVM e sendo aplicadas também em outros frameworks como o Quarkus com suas pecularidades de aplicabilidade.

GraalVM Agents

Os agentes do GraalVM desempenham um papel vital na preparação de aplicações para compilação em imagens nativas. Esses agentes, particularmente o agente de rastreamento (Tracing Agent), são usados para simplificar o processo de identificação e configuração das dependências de tempo de execução necessárias para a compilação de imagens nativas.

1. Agente de Rastreamento: Quando executado com uma aplicação Java, o agente de rastreamento coleta informações sobre o uso de reflexão, acesso a recursos, proxies dinâmicos e outras APIs que são relevantes para a compilação nativa. Ele gera arquivos de configuração JSON que podem ser usados durante a compilação de imagens nativas para garantir que todos os comportamentos dinâmicos sejam adequadamente considerados e incluídos na imagem nativa.

   Configure Native Image with the Tracing Agent

GraalVM Debug

O "debug" no GraalVM, por outro lado, refere-se a ferramentas e funcionalidades que permitem depurar aplicações e o próprio runtime do GraalVM. Isso inclui depuração de aplicações Java tradicionais e também de imagens nativas compiladas com GraalVM. As ferramentas de depuração são usadas para identificar e resolver problemas na aplicação, como bugs, problemas de desempenho, vazamentos de memória, entre outros.

Debug Native Images in VS Code

Usando Gradle para compilar imagens nativas para o Docker

Pontos-chave na configuração:

• Plugins: Inicia adicionando o plugin org.graalvm.buildtools.native ao seu projeto. Isso habilita as funcionalidades necessárias para compilar sua aplicação em um executável nativo.

• Dependências: Aqui você adiciona as dependências necessárias para o seu projeto. Isso pode incluir bibliotecas externas que sua aplicação necessita.

• Configuração Nativa: Na seção nativeBuild, você configura os detalhes específicos para a compilação nativa. Isso inclui o nome do executável que será gerado (imageName). Você pode configurar várias opções aqui, dependendo das necessidades específicas do seu projeto.

Compilando o Projeto usando o gradle

Para compilar seu projeto e gerar um executável nativo usando gradle, você utilizaria o seguinte comando no terminal:

Obs: o gradle facilita bastante todo o processo da criação da imagem nativa.

gradlew nativeCompile

Gradle Plugin

Fontes:
Micronaut Guides | Micronaut Guides | Micronaut Framework
GraalVM

GraalVM Native Image Tips & Tricks
Reflectionless: conheça a nova tendência do mundo Java