今天和小伙伴們來聊一個(gè)稍微新一點(diǎn)的技術(shù)話題---CRaC。

CRaC（Coordinated Restore at Checkpoint，檢查點(diǎn)協(xié)調(diào)恢復(fù)）是一個(gè) OpenJDK 項(xiàng)目，旨在解決 Java 應(yīng)用程序啟動(dòng)和預(yù)熱時(shí)間過長(zhǎng)的問題。

Java 應(yīng)用程序啟動(dòng)和預(yù)熱時(shí)間過長(zhǎng)是一個(gè)老大難的問題，目前來看各方也都提出了一些不同的解決思路，之前松哥和大家聊過的 AOT 也能從一定程度上解決啟動(dòng)慢的問題，今天的 CRaC 算是另外一種解決思路。

一、CRaC是什么

CRaC 允許對(duì)運(yùn)行中的 JVM 進(jìn)行“快照”，并將其狀態(tài)（包括應(yīng)用）存儲(chǔ)到磁盤中。

之后，在另一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，可以將 JVM 從保存的檢查點(diǎn)恢復(fù)到內(nèi)存中。

這個(gè)功能意味著你可以啟動(dòng)應(yīng)用程序、預(yù)熱并創(chuàng)建檢查點(diǎn)，然后從這個(gè)檢查點(diǎn)快速恢復(fù)，從而顯著減少啟動(dòng)時(shí)間。

二、CRaC的原理

CRaC 的工作原理基于用戶空間檢查點(diǎn)和恢復(fù)（CRIU），這是一個(gè)為 Linux 實(shí)現(xiàn)檢查點(diǎn)和恢復(fù)功能的項(xiàng)目。

CRIU 允許凍結(jié)容器或單個(gè)應(yīng)用程序并從保存的檢查點(diǎn)文件中恢復(fù)它。

CRaC 采用了 CRIU 的通用方法，并增加了一些增強(qiáng)和調(diào)整，使其適用于 Java 應(yīng)用程序。

一般來說，CRaC 的執(zhí)行步驟如下：

1. 創(chuàng)建檢查點(diǎn)：在應(yīng)用程序運(yùn)行并達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，可以創(chuàng)建一個(gè)檢查點(diǎn)，這個(gè)檢查點(diǎn)包含了 JVM 的狀態(tài)和應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)。
2. 存儲(chǔ)檢查點(diǎn)：檢查點(diǎn)數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)到磁盤上，以便之后可以從中恢復(fù)。
3. 恢復(fù)檢查點(diǎn)：當(dāng)需要啟動(dòng)應(yīng)用程序時(shí)，可以直接從檢查點(diǎn)恢復(fù)，而不是從頭開始啟動(dòng)和預(yù)熱 JVM。

這個(gè)感覺就有點(diǎn)類似于大伙平時(shí)使用的 VMWare 的快照功能，在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)為系統(tǒng)拍攝一個(gè)快照，下次可以直接從快照啟動(dòng)，就比從頭開始啟動(dòng)要快很多。CRaC 所拍快照中不僅包含 JVM，也可以包含你的應(yīng)用信息。

三、CRaC 的應(yīng)用場(chǎng)景

CRaC 特別適用于需要快速啟動(dòng)和恢復(fù)的場(chǎng)景，比如：

• 云原生環(huán)境：在微服務(wù)和無服務(wù)器架構(gòu)中，服務(wù)可能需要頻繁地啟動(dòng)和停止，CRaC 可以顯著減少服務(wù)的啟動(dòng)時(shí)間。
• 開發(fā)和測(cè)試環(huán)境：開發(fā)者可以在開發(fā)和測(cè)試過程中快速恢復(fù)應(yīng)用程序到某個(gè)已知狀態(tài)，提高開發(fā)效率。
• 災(zāi)難恢復(fù)：在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，可以快速?gòu)淖罱臋z查點(diǎn)恢復(fù)服務(wù)，減少系統(tǒng)停機(jī)時(shí)間。

四、支持版本

從 Spring Boot3.2/Spring6.1 開始對(duì) CRaC 的提供支持，所以如果大伙想體驗(yàn) CRaC，需要選擇合適的 SpringBoot 版本。

同時(shí)，由于前文提到的 CRaC 依賴于 Linux 特有的 CRIU，因此 CRaC 目前僅在Linux操作系統(tǒng)上支持。Windows 和 Mac 則不支持。

五、實(shí)踐

首先我們需要安裝支持 CRaC 的 JDK，目前主要有以下兩種 JDK 支持 CRaC：

1. Azul Zulu 21.0.1 + CRaC 版本支持 CRaC，適用于 x64 和 aarch64 CPU 架構(gòu)，包括 JDK17 和 JDK21。

選擇支持 CRaC 的 JDK

2. Liberica JDK 17 和 Liberica JDK 21 提供了對(duì) CRaC 的支持。

接下來在項(xiàng)目中添加 CRaC 依賴：

<dependency>
    <groupId>org.crac</groupId>
    <artifactId>crac</artifactId>
    <version>1.5.0</version>
</dependency>

OK，如此之后，我們的準(zhǔn)備工作就算完成了。

接下來我們需要在項(xiàng)目啟動(dòng)的時(shí)候，指定檢查點(diǎn)的位置，并給出生成檢查點(diǎn)的時(shí)機(jī)：

java -Dspring.context.checkpoint=onRefresh -XX:CRaCCheckpointTo=./tmp_checkpoint -jar javaboy-crac-3.3.5.jar

在上面的啟動(dòng)腳本中，我們通過設(shè)置 JVM 系統(tǒng)屬性 -Dspring.context.checkpoint=onRefresh 來啟用自動(dòng)檢查點(diǎn)。這個(gè)屬性會(huì)在 Spring 的 LifecycleProcessor.onRefresh 階段自動(dòng)創(chuàng)建檢查點(diǎn)，這個(gè)階段在所有非延遲初始化的 Singleton 實(shí)例化和 InitializingBean#afterPropertiesSet 回調(diào)調(diào)用之后，但在生命周期啟動(dòng)和 ContextRefreshedEvent 發(fā)布之前。也就是說在這個(gè)時(shí)機(jī)創(chuàng)建檢查點(diǎn)（拍攝快照）。

當(dāng)然，如果你想等應(yīng)用程序完全啟動(dòng)之后再拍攝快照，也是可以的。

先用如下命令啟動(dòng)應(yīng)用程序：

java -XX:CRaCCheckpointTo=./tmp_checkpoint -jar javaboy-crac-3.3.5.jar

等待應(yīng)用程序完全啟動(dòng)后，在另一個(gè)終端執(zhí)行以下命令來手動(dòng)觸發(fā)檢查點(diǎn)：

jcmd <pid> JDK.checkpoint

其中 <pid> 是應(yīng)用程序的進(jìn)程ID，這將創(chuàng)建檢查點(diǎn)并關(guān)閉應(yīng)用程序。檢查點(diǎn)文件將存儲(chǔ)在指定的文件夾中。

手動(dòng)執(zhí)行檢查點(diǎn)生成的好處是，這個(gè)檢查點(diǎn)包含了框架代碼和應(yīng)用程序代碼，因此啟動(dòng)速度會(huì)更快，因?yàn)榭蚣芤呀?jīng)加載并啟動(dòng)了應(yīng)用程序。

無論哪種方式生成檢查點(diǎn)，只要有了檢查點(diǎn)，最后一步就是使用這個(gè)檢查點(diǎn)了。

我們可以利用檢查點(diǎn)生成的文件來快速拉起應(yīng)用程序，相關(guān)命令如下：

java -XX:CRaCRestoreFrom=./tmp_checkpoint

總結(jié)下就是，自動(dòng)檢查點(diǎn)適合快速實(shí)現(xiàn)和無需代碼更改的場(chǎng)景，而手動(dòng)檢查點(diǎn)提供了更大的靈活性，允許在應(yīng)用程序完全預(yù)熱后創(chuàng)建檢查點(diǎn)，從而可能實(shí)現(xiàn)更快的啟動(dòng)時(shí)間。

好啦，感興趣的小伙伴可以去嘗試下，記得選擇合適的操作系統(tǒng)、JDK 版本以及 Spring Boot 版本哦～