在过去的十年中，Java已经成为最流行的云编程语言之一。Hadoop、Cassandra和Kafka等流行的云应用程序都使用Java语言和框架。Java是一种通用的面向对象语言，被设计为Write Once Run Anywhere，它依赖于一个Java虚拟机(JVM)来将字节码转换为特定应用程序所运行的体系结构的机器代码。显然，JVM在运行时生成的代码质量对应用程序性能至关重要。

本指南描述了在Ampere Altra 系列处理器上的Java支持状态，提供了一种构建OpenJDK的方法，并比较了不同OpenJDK版本和二进制源代码的性能。

OpenJDK是官方的参考JVM实现。OpenJDK是自由开源软件(FOSS)，被大多数Java开发人员使用，并且是大多数Linux发行版的默认JVM。AArch64移植已经是OpenJDK项目的一部分了(https://developers.redhat.com/blog/2021/02/01/how-red-hat-ported-openjdk-to-64-bit-arm-a-community-history)。今天，从Java Development Kit 8 (JDK8)开始，OpenJDK在AArch64上得到了很好的支持。

Ampere Altra 和 Ampere^® Altra^® Max 处理器从头开始为云而设计，为云原生应用提供可预测的性能、高可扩展性和出色的电源效率。Ampere Altra计算核心采用ARMv8指令集架构(ISA)，支持AArch64和AArch32指令集。目前，各种Linux发行版中包含的jdk都支持Ampere Altra家族处理器，但JDK17等较新的长期支持(LTS)版本可以提供明显更好的性能。

用于Ampere Altra 系列处理器的OpenJDK二进制文件可以从几个来源获得。Linux发行版通过各自的包存储库提供OpenJDK。Adoptium是预构建OpenJDK AArch64二进制文件的另一个来源。

OpenJDK有许多发布版本，但只有表1中列出的版本具有LTS发布限定符（LTS release qualifier）。不同的OpenJDK发行版可能提供表1所示的生命终止日期（End of Life）。

更多信息请参见https://access.redhat.com/articles/1299013和https://adoptopenjdk.net/support.html。

Linux发行版提供了不同的方式来安装OpenJDK，例如yum存储库用于RHEL和CentOS, apt存储库用于Ubuntu或Debian。

对于自定义构建OpenJDK，本节列出了如何从源代码构建OpenJDK的推荐步骤。

在构建OpenJDK时建议使用GCC。不同的GCC版本有不同的AArch64选项，如表2所示。

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bash configure --with-alsa=/usr --with-alsa-lib=/usr/lib64 --with-cacerts-file=/etc/pki/java/cacerts --with-cups=/usr --with-debug-level=release --with-native-debug-symbols=none --with-extra-cflags="-pipe -fPIC -DPIC -Wl,-rpath=/usr/lib64 -L/usr/lib64 -mcpu=neoverse-n1" --with-extra-cxxflags="-pipe -fPIC -DPIC -Wl,-rpath=/usr/lib64 -L/usr/lib64 -mcpu=neoverse-n1" --with-extra-ldflags="-Wl,-rpath=/usr/lib64 -L/usr/lib64" --with-stdc++lib=dynamic --with-target-bits=64 --with-zlib=system --x-includes=/usr/include --x-libraries=/usr/lib64 --with-boot-jdk=<jdk-home-directory> --prefix=<jdk-install-directory> 
make images 
make install

让我们来评估一些通过基本调优就可能实现的性能改进。我们在基于Ampere Altra q80 -30的服务器上使用SPECjbb2015，这是一种在复合模式下流行的标准化Java基准测试。系统配置如表3所示:

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-Xms130560m -Xmx130560m -Xmn123g -XX:SurvivorRatio=39 -XX:ObjectAlignmentInBytes=32 -XX:TargetSurvivorRatio=95 -XX:+UseCompressedOops -XX:+UseCompressedClassPointers -XX:MetaspaceSize=64m -server -XX:+AlwaysPreTouch -XX:-UseAdaptiveSizePolicy -XX:-UseCountedLoopSafepoints -XX:-UsePerfData -XX:+PrintFlagsFinal -XX:+UseTransparentHugePages -XX:+UseParallelGC -XX:ParallelGCThreads=80 -XX:AllocatePrefetchDistance=512 -XX:AllocatePrefetchLines=4 -XX:InlineSmallCode=2k -XX:TypeProfileWidth=4 -XX:SoftwarePrefetchHintDistance=128 -XX:+AvoidUnalignedAccesses -XX:BlockZeroingLowLimit=64K -XX:+UseBlockZeroing -XX:-UseSIMDForArrayEquals -XX:+UseSIMDForMemoryOps 

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-Dspecjbb.customerDriver.threads=64 -Dspecjbb.customerDriver.threads.service=64 -Dspecjbb.customerDriver.threads.probe=64 -Dspecjbb.customerDriver.threads.saturate=96 -Dspecjbb.forkjoin.workers=80 -Dspecjbb.forkjoin.workers.Tier1=80 -Dspecjbb.forkjoin.workers.Tier2=1 -Dspecjbb.forkjoin.workers.Tier3=16 -Dspecjbb.comm.connect.selector.runner.count=4 -Dspecjbb.controller.type=HBIR_RT -Dspecjbb.controller.port=24000 

以下是相同OpenJDK版本的三个源代码:

• CentOS repository
• Adoptium prebuilt binary
• Self-built binary

使用“如何构建OpenJDK”一节中描述的方法从Adoptium源代码构建自建（self-built）二进制文件。表4列出了用于这些二进制文件的JDK提供程序和GCC版本。

使用SPECjbb2015 Composite Max-jOPS作为性能指标，以centos提供的JDK8数据作为基线，图1显示了来自不同来源的JDK8和JDK11的性能。

对于特定的OpenJDK版本，最新的centos提供的二进制文件、Adoptium二进制文件和自构建（self-built）二进制文件的性能相似，这表明OpenJDK社区对AArch64和Ampere Altra 系列处理器的支持已经非常友好。

比较来自同一源代码(centos提供的二进制)的不同OpenJDK版本，OpenJDK17是Ampere Altra系列处理器上性能最好的版本。图2显示，从JDK8到JDK11, Max-jOPS提高了6%，从JDK8到JDK17提高了12%。

表4列出并比较了不同JDK版本上特定于aarch64的OpenJDK选项。使用此命令可以获取这些选项:

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java -XX:+PrintFlagsFinal -version 

因为Ampere Altra系列处理器功能上已经支持了原子操作和crc32的实现，在使用Altra和Altra Max处理器的进行性能评估时，UseLSE和UseCRC32选项会自动启用。

这意味着，即使没有像“-march=armv8.2-a”或“-mcpu=neoverse-n1”这样的编译选项，OpenJDK也可以为Ampere Altra系列处理器生成优化的代码。

OpenJDK是Java平台的自由/开源软件实现，是云计算中实际使用的JDK。在本文中，我们看到OpenJDK 可以无缝地移植到Ampere Altra系列处理器上，并且在其上有着非常出色的性能。OS发行版和Adoptium提供的最新预构建（ pre-built）二进制文件的性能与从源代码构建JDK一样。也就是说，使用最新的OpenJDK LTS版本17就可以获得更高的性能。像往常一样，我们建议使用更新版本的GCC编译器和针对体系架构的选项从源代码构建OpenJDK。

• https://en.wikipedia.org/wiki/Java_(programming_language)
• https://blogs.oracle.com/javamagazine/post/java-arm64-aarch64-development
• https://developers.redhat.com/blog/2021/02/01/how-red-hat-ported-openjdk-to-64-bit-arm-a-community-history
• https://community.arm.com/arm-community-blogs/b/architectures-and-processors-blog/posts/java-performance-on-neoverse-n1
• https://github.com/aws/aws-graviton-getting-started/blob/main/java.md

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与 Ampere 测试中使用的不同的系统配置、组件、软件版本和测试环境可能会导致与 Ampere 获得的测量结果不同。

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