JVM类数据共享（CDS）

什么是JVM类数据共享（CDS）？

JVM类数据共享（Class Data Sharing, CDS）是一种 优化JVM启动速度和内存使用 的技术。它通过 在多个Java进程之间共享类元数据，避免每个进程重复加载和解析相同的类，进而提升启动速度并节省内存。

可以简单理解为：在一个大家都需要读取的文件中，JVM通过预先解析类信息，存储为一个共享的类数据文件，当多个Java进程需要时，可以从这个共享文件中读取，而不是每次都重新加载。

JVM类数据共享的原理

1. 类元数据：JVM在加载Java类时，需要解析 .class 文件并生成类的元数据（如类名、方法、字段等）。这些数据保存在内存中。
2. 共享机制：CDS通过预先将这些元数据保存到一个 共享类归档文件 中（通常是 classes.jsa 文件），并允许后续的JVM进程直接从该文件中加载类元数据，而无需再次解析和加载类文件。
3. 减少内存占用：多个JVM实例可以共享这部分内存，避免重复加载相同的类数据。
4. 加速启动：因为类数据是从共享归档文件中直接读取的，所以跳过了大部分的类解析过程，显著提升了JVM启动速度。

JVM类数据共享的历史

• JDK 1.5（2004年） 首次引入了 CDS（Class Data Sharing），最初只是针对JVM自身类库进行优化。
• JDK 10 推出了 AppCDS（应用类数据共享），允许用户类数据也能够被共享。
• JDK 12 引入了 动态CDS归档，简化了CDS的使用流程，使其可以动态生成共享的类归档文件。

JVM类数据共享的目的

1. 加快JVM启动时间：对于需要大量类加载的应用（如 Spring Boot），CDS可以跳过重复的类加载和解析过程，显著减少启动时间。
2. 减少内存使用：多个JVM实例可以共享同一份类数据，节省了内存使用。
3. 提高系统资源利用率：尤其是在多实例部署（如微服务架构）或容器化场景下，CDS优化了资源分配，避免重复加载相同的类数据。

JVM类数据共享的使用场景

1. 微服务环境：在一个服务器上同时运行多个相似的微服务时，这些服务通常会使用相同的依赖和库。CDS通过共享类数据，减少了内存消耗。
2. 容器化部署：如在Docker或Kubernetes中，CDS可以减少每个Java容器的内存占用并加快启动速度。
3. 大规模集群部署：当在大规模集群上运行大量Java进程时，CDS通过共享类数据优化了系统性能和资源分配。

Spring Boot中的CDS启用情况

1. Spring Boot 2.x 版本：CDS默认没有启用，需要手动设置JVM参数来启动CDS。例如：java -Xshare:on -XX:SharedArchiveFile=classes.jsa -jar myapp.jar
2. Spring Boot 3.x 版本及更高：在JDK 11及以上版本中，Spring Boot应用开始更多利用JDK的CDS机制，尤其是在容器化部署中会默认启用。

通过CDS，Spring Boot应用可以显著加快启动速度，尤其是对于依赖大量类库的微服务架构和云原生环境。

启用和禁用CDS的控制

1. 启用CDS：默认情况下可以通过以下命令启用CDS：java -Xshare:on -XX:SharedArchiveFile=classes.jsa -jar myapp.jar
2. 禁用CDS的常见方法：- -Xshare:off：完全禁用CDS。- -XX:-UseSharedSpaces：这是另一种禁用CDS的方式，它完全禁用类数据共享机制。java -XX:-UseSharedSpaces -jar myapp.jar
3. -XX:SharedArchiveFile 和 -XX:-UseSharedSpaces 的区别：- -XX:SharedArchiveFile=<path>：指定类数据共享的归档文件路径。可以自定义一个路径来存储类元数据，例如：java -XX:SharedArchiveFile=/path/to/myclasses.jsa -jar myapp.jar 这意味着共享类数据将存储在自定义的 .jsa 文件中，多个Java进程可以共享该数据。- -XX:-UseSharedSpaces：完全禁用类数据共享，不仅是系统类的数据共享，也包括应用类的数据共享。这种方式直接禁用了CDS的机制，不再从任何共享文件中加载类数据。

特殊情况下的禁用

在一些JDK 17及更新的版本中，某些JVM选项（如

-Xshare:none

）可能不再受支持。这是因为在这些版本中，JVM对CDS的集成更深，部分功能不允许完全禁用。遇到这种情况时，你可以使用

-XX:-UseSharedSpaces

来禁用类数据共享，或者使用

-XX:SharedArchiveFile=NONE

来仅禁用应用类数据共享。

CDS在实际中的配置示例

假设你有一个 Spring Boot 项目，并且你使用了 JDK 11，你可以通过以下命令来启用CDS：

java -Xshare:on -XX:SharedArchiveFile=classes.jsa -jar my-springboot-app.jar

第一次运行时，JVM会生成共享类数据并保存到

classes.jsa

中。下次启动时，JVM会直接从该文件读取类数据，跳过类解析过程，进而加快启动速度。

总结

• JVM类数据共享（CDS） 是JVM的一项优化技术，旨在加快启动时间和减少内存使用。它通过共享类数据，避免重复解析和加载类数据。
• CDS 从 JDK 1.5 开始引入，经过多次迭代改进，JDK 10 引入了 AppCDS，进一步允许用户类共享，JDK 12 引入了动态CDS，简化了配置和使用流程。
• 在Spring Boot应用中，特别是在 JDK 11及以上版本 中，CDS的作用尤为明显，特别适用于云原生和容器化环境。
• 禁用CDS 可以使用 -Xshare:off 或 -XX:-UseSharedSpaces，后者可以完全关闭类数据共享机制。
• 在某些JDK 17版本中，-Xshare:none 可能不被支持，此时可以使用 -XX:-UseSharedSpaces 来禁用CDS。