之前研究了GraalVM的Native Image，主要优势是可以脱离jre，直接编译为原生代码，大幅提高启动速度，降低内存占用。OpenJDK也有一个类似目标的项目Project Leyden，这篇文章就来简单做一个技术前瞻。
Project Leyden介绍
Project Leyden 是 OpenJDK 社区主导的一项长期项目，旨在解决 Java 程序在启动时间、达到峰值性能时间和资源占用方面的痛点。
核心目标：缩短 Java 程序启动时间、减少达到峰值性能所需时间、降低内存占用。
目前Project Leyden已经有了可以使用的JDK EA版本可供下载尝鲜。Leyden Early-Access Builds，感兴趣的同学可以自行下载来感受一下。
Project Leyden目前的进展
首先我们要知道Project Leyden的主要目的就是提高Java应用的启动速度，让程序在更短的时间内达到峰值性能。为什么需要这个项目呢，这里就不得不提高JVM了。
众所周知，Java常常被人诟病过于臃肿，启动速度很慢。
Java虽然被称为静态语言，但是Java本身是非常动态的。Java可以在运行时生成类，可以通过反射动态生成对象，运行时修改对象内部的状态，在较早的Java版本，反射甚至可以修改final字段。还可以通过jdk proxy以及cglib进行动态代理，JIT会动态生成编译代码，并且会去优化重新生成，等等其他一系列动态操作。
拥有这些动态的能力，就一定有取舍，JVM在启动时需要做很多事，解析类文件，验证类，解析常量池，读取并解析配置文件，以及初始化一些日志记录。如果用到了诸如spring这类框架，还需要使用反射扫描类路径，进行各种各样的配置，读取很多的类进行自动配置。
这里就出现了一个问题，事实上大部分应用程序每一次启动，都在做相同的事，解析相同的类，扫描相同的类路径，进行相同的配置。每一次启动的流程都是一样的，但是却每次都需要做一遍。
所以Project Leyden的作用就是可以提前记录下程序启动的流程，并缓存起来，再下次启动时就不需要再走一遍相同的流程，从而提高启动速度以及降低达到峰值性能的时间。
JVM现在已经实现了CDS机制，Class Data Sharing可以实现类的缓存，如果一个程序想要加载类，在CDS Archive里已经有了对应的类，那么就可以直接读取CDS Archive，相比读取类，加载类速度更快，提高了启动速度。
JVM启动时，在进入main函数前，也有很多启动的流程，分配HotSpot的内存空间，启动GC线程，JIT编译线程，加载Java Bootstrap类，java.lang.Object，java.lang.Class，java.lang.String，以及ClassLoader，java.lang.Thread等等。然后通过JNI的FindClass来找到包含main函数的类，最后执行main函数。
Project Leyden的目标就是将类加载以及jvm启动初始化的流程合并在一起，并将时间缩短。也就是AOT缓存
AOT(Ahead Of Time)缓存
Project Leyden 扩展了类数据共享（CDS）功能，之前是程序在调用defineClass的时候，才会去到CDS去找对应的类；Leyden基于上次保存的类也将是你将来使用的相同的类的设想，因此它将不会等着你一个个请求，再一个个加载，而是直接把所有的类缓存到AOT缓存中，启动时直接一起加载。
这样有一个好处，就是一次性加载所有的缓存的类，我们可以将这些类都给定一个稳定的内存地址，那么他们互相直接的链接也可以提早进行加载，也就是JEP 483: Ahead-of-Time Class Loading & Linking提到的，提前加载和链接类。
提前链接可以实现很多的优化，父类和接口可以被提前链接到一起，关于类字段的布局可以被提前计算（对于之前提到的Project Valhalla更加重要，因为Project Valhalla想要实现真正的值类型，对于field的布局计算要求更高，目前的Java类中的对象field只是一个个指针），常量池也可以被提前解析。
Lambda invokedynamic优化
关于invokedynamic指令的实现，网上已经有很多的文章，这里就简述一下。在JVM第一次执行到invokedynamic指令时，将会调用一个被称为bootstrap方法，它将会生成一个类，称为CallSite，然后获取一个MethodHandle（可以类比为C/C++中的函数指针）指向生成的那个类的方法，然后调用MethodHandle。后续执行到相同的invokedynamic指令时，将会直接调用MethodHandle，就不会再执行前面的bootstrap函数进行初始化了。
Project Leyden所做的优化就是希望将这段初始化操作提取出去，Project Leyden有一个概念叫做Training run（预训练），在预训练阶段，Leyden 会观察应用程序行为并记录高频调用的方法及动态代理/反射元数据，生成优化的 CDS 归档文件。对于lambda函数，预训练将会记录接口的方法名，方法类型，是否可以序列化，每次调用时捕获的参数，等等一大堆数据。
记录下来之后，在构建上文提到的AOT缓存时，就可以使用保存的数据直接完成bootstrap阶段，生成CallSite以及MethodHandle，这样在部署运行时，就可以直接进入已经链接好的CallSite，提高效率。
AOT函数Profile数据优化
上文提到了Project Leyden有一个Training run的过程，来生成AOT缓存。这里还有一个JEP草案JEP draft: Ahead-of-Time Method Profiling，通过引入AOT函数的Profiling数据，提前让jvm基于Profiling的结果来进行优化，提高启动速度。
这样可以实现对于一些在Training run就已经被识别为Hot Code，也就是热点代码的函数，就可以直接通过AOT缓存在启动时不再以字节码解释运行，而是直接加载AOT编译后的代码，这样就可以大幅提高启动时的性能，更快的进入代码优化后的状态。
并且JVM的HotSpot也允许去优化和再优化的选项，即使我们使用Training run获得的结果并不准确，有些不太热的代码，在实际运行时变热了，JIT编译也可以进行编译，同样可以达到峰值性能；或者在Training run编译优化时做出的假设并不对，导致编译后代码出现问题，JIT也可以进行去优化并重新编译。
以上就是我个人对于Project Leyden的研究和总结，Project Leyden 在缩短 Java 应用启动时间和资源占用方面已取得实质性突破，EA版本的jdk也已经可以尝试。每一次去跟随前沿进程时都会感叹Java虚拟机的黑科技实在是太多了，正是有了前人的努力才使得JVM虚拟机如此优秀以及Java社区的繁荣。