GraalVM 序列化

GraalVM Native Image

GraalVM 的 native image 能将 Java 代码提前编译为本地代码，从而构建更快、更小、更精简的应用。 Native image 不包含 JIT 编译器，无法在运行时将字节码编译为机器码，也不支持反射，除非配置反射元数据文件。

Apache Fory™ 在 GraalVM native image 下运行良好。Fory 会在 graalvm 构建阶段为 Fory JIT framework 和 MethodHandle/LambdaMetafactory 生成所有序列化器代码，运行时直接使用这些生成的代码进行序列化，无需额外开销，性能优异。

在 graalvm native image 下使用 Fory 时，必须将 Fory 创建为类的静态字段，并在类初始化时注册所有类型。然后在 resources/META-INF/native-image/$xxx/native-image.properties 下配置 native-image.properties，告知 graalvm 在 native image 构建时初始化该类。例如，配置 org.apache.fory.graalvm.Example 类在构建时初始化：

Args = --initialize-at-build-time=org.apache.fory.graalvm.Example

使用 fory 的另一个好处是无需配置繁琐的 reflection json 和 serialization json。只需对每个需要序列化的类型调用 org.apache.fory.Fory.register(Class<?>, boolean) 即可。

注意：Fory 的 asyncCompilationEnabled 选项在 graalvm native image 下会自动禁用，因为 native image 运行时不支持 JIT。

非线程安全 Fory

示例：

import org.apache.fory.Fory;
import org.apache.fory.util.Preconditions;

import java.util.List;
import java.util.Map;

public class Example {
  public record Record (
    int f1,
    String f2,
    List<String> f3,
    Map<String, Long> f4) {
  }

  static Fory fory;

  static {
    fory = Fory.builder().build();
    // 注册并生成序列化器代码。
    fory.register(Record.class, true);
  }

  public static void main(String[] args) {
    Record record = new Record(10, "abc", List.of("str1", "str2"), Map.of("k1", 10L, "k2", 20L));
    System.out.println(record);
    byte[] bytes = fory.serialize(record);
    Object o = fory.deserialize(bytes);
    System.out.println(o);
    Preconditions.checkArgument(record.equals(o));
  }
}

然后在 native-image.properties 配置中添加 org.apache.fory.graalvm.Example 的构建时初始化：

Args = --initialize-at-build-time=org.apache.fory.graalvm.Example

线程安全 Fory

import org.apache.fory.Fory;
import org.apache.fory.ThreadLocalFory;
import org.apache.fory.ThreadSafeFory;
import org.apache.fory.util.Preconditions;

import java.util.List;
import java.util.Map;

public class ThreadSafeExample {
  public record Foo (
    int f1,
    String f2,
    List<String> f3,
    Map<String, Long> f4) {
  }

  static ThreadSafeFory fory;

  static {
    fory = new ThreadLocalFory(classLoader -> {
      Fory f = Fory.builder().build();
      // 注册并生成序列化器代码。
      f.register(Foo.class, true);
      return f;
    });
  }

  public static void main(String[] args) {
    System.out.println(fory.deserialize(fory.serialize("abc")));
    System.out.println(fory.deserialize(fory.serialize(List.of(1,2,3))));
    System.out.println(fory.deserialize(fory.serialize(Map.of("k1", 1, "k2", 2))));
    Foo foo = new Foo(10, "abc", List.of("str1", "str2"), Map.of("k1", 10L, "k2", 20L));
    System.out.println(foo);
    byte[] bytes = fory.serialize(foo);
    Object o = fory.deserialize(bytes);
    System.out.println(o);
  }
}

然后在 native-image.properties 配置中添加 org.apache.fory.graalvm.ThreadSafeExample 的构建时初始化：

Args = --initialize-at-build-time=org.apache.fory.graalvm.ThreadSafeExample

框架集成

对于框架开发者，如果希望集成 fory 作为序列化方案，可以提供一个配置文件，让用户列出所有需要序列化的类，然后加载这些类并在 Fory 集成类中调用 org.apache.fory.Fory.register(Class<?>, boolean) 进行注册，并配置该类在 graalvm native image 构建时初始化。

Benchmark

这里给出 Fory 与 Graalvm Serialization 的两个类的基准测试。

Fory 未开启压缩时：

• Struct：Fory 为 JDK 的 46x 速度，43% 大小
• Pojo：Fory 为 JDK 的 12x 速度，56% 大小

Fory 开启压缩时：

• Struct：Fory 为 JDK 的 24x 速度，31% 大小
• Pojo：Fory 为 JDK 的 12x 速度，48% 大小

基准测试代码见 [Benchmark.java]。

Struct 基准测试

类字段

public class Struct implements Serializable {
  public int f1;
  public long f2;
  public float f3;
  public double f4;
  public int f5;
  public long f6;
  public float f7;
  public double f8;
  public int f9;
  public long f10;
  public float f11;
  public double f12;
}

Benchmark 结果

未压缩：

Benchmark repeat number: 400000
Object type: class org.apache.fory.graalvm.Struct
Compress number: false
Fory size: 76.0
JDK size: 178.0
Fory serialization took mills: 49
JDK serialization took mills: 2254
Compare speed: Fory is 45.70x speed of JDK
Compare size: Fory is 0.43x size of JDK

压缩：

Benchmark repeat number: 400000
Object type: class org.apache.fory.graalvm.Struct
Compress number: true
Fory size: 55.0
JDK size: 178.0
Fory serialization took mills: 130
JDK serialization took mills: 3161
Compare speed: Fory is 24.16x speed of JDK
Compare size: Fory is 0.31x size of JDK

Pojo 基准测试

类字段

public class Foo implements Serializable {
  int f1;
  String f2;
  List<String> f3;
  Map<String, Long> f4;
}

Benchmark 结果

未压缩：

Benchmark repeat number: 400000
Object type: class org.apache.fory.graalvm.Foo
Compress number: false
Fory size: 541.0
JDK size: 964.0
Fory serialization took mills: 1663
JDK serialization took mills: 16266
Compare speed: Fory is 12.19x speed of JDK
Compare size: Fory is 0.56x size of JDK

压缩：

Benchmark repeat number: 400000
Object type: class org.apache.fory.graalvm.Foo
Compress number: true
Fory size: 459.0
JDK size: 964.0
Fory serialization took mills: 1289
JDK serialization took mills: 15069
Compare speed: Fory is 12.11x speed of JDK
Compare size: Fory is 0.48x size of JDK