Java 12和Java 13：引入的动态CDS特性

# 1. 引言

## 1.1 Java的持续演进

Java作为一种广泛应用于企业级开发的编程语言，自诞生以来持续不断地进行演进和改进。Java的发展历程中，不仅涌现出了一系列的新特性和功能，还针对性地解决了一些性能和安全等方面的问题。Java的不断演进使得开发人员能够以更高效、更安全的方式构建应用程序。

## 1.2 动态CDS的背景

随着Java的发展，Java虚拟机（JVM）在应用启动时需要加载和解析大量的类和库文件，这会导致较长的启动时间和占用更多的内存。为了解决这个问题，Java引入了类数据共享（Class Data Sharing，CDS）机制，通过预处理类和库文件，将它们的数据保存在共享的归档文件中，从而减少了加载和解析的时间和内存开销。

但是，传统的CDS机制需要在应用程序启动之前进行预处理，这不利于动态环境下应用程序的部署和升级。为了进一步提升CDS的灵活性和适用性，Java 12引入了动态CDS特性，使得CDS可以在应用程序运行时进行动态的加载和卸载，从而更好地满足不同应用场景的需求。在接下来的章节中，我们将详细介绍CDS的基本原理、优势和应用场景，以及Java 12和Java 13中引入的动态CDS特性和改进。

# 2. 什么是CDS？

### 2.1 CDS的基本原理

CDS（Class Data Sharing）是Java中用于提高启动时间和减少内存占用的一项特性。它通过在启动时将JVM数据结构压缩到共享归档文件中，以便在后续JVM实例中重用这些数据结构，从而加快启动时间并减少内存占用。

CDS的基本原理包括以下几个步骤：
- 创建共享归档文件，包括系统类和应用类的元数据、字节码和其他相关信息。
- 在启动时，JVM利用共享归档文件将数据结构映射到内存中，以便后续JVM实例可以共享这些数据结构，而不需要重新解析和加载类数据。

### 2.2 CDS的优势和应用场景

CDS的优势包括：
- 减少启动时间：由于共享归档文件已经预先构建和映射到内存中，因此在启动新的JVM实例时，可以直接复用这些数据结构，加快启动时间。
- 降低内存占用：共享归档文件可以减少每个JVM实例所需的内存占用，特别是当有多个JVM实例在同一台机器上运行时，可显著降低整体内存占用。

CDS的应用场景包括：
- 需要大量JVM实例的场景，如云计算、大数据处理等，通过CDS可以减少整体系统的启动时间和内存占用。
- 对于启动时间敏感的应用场景，如互联网应用、移动应用等，通过CDS可以提升用户体验。

在接下来的章节中，我们将重点关注Java 12中引入的动态CDS特性，以及Java 13中对动态CDS的改进和性能提升。

# 3. Java 12中引入的动态CDS特性

#### 3.1 动态CDS的定义和概念

动态CDS（Compact Data Structures）是Java 12引入的一项新特性，它提供了一种在运行时动态生成和加载类数据共享（Class Data Sharing）归档文件的机制。

动态CDS的基本概念是将一组Java类的元数据和字节码打包到一个共享的归档文件中，以便在运行时快速加载这些类。Java中的类加载器在首次加载类时会解析和验证类的结构信息，并生成对应的元数据。通过使用动态CDS，可以在启动时预先加载类的元数据和字节码，从而加速类的加载过程。

#### 3.2 Java 12中的动态CDS实现方式

在Java 12中，动态CDS的实现方式采用了两个新的JVM命令行选项：`-XX:DumpLoadedClassList`和`-XX:SharedArchiveFile`。

`-XX:DumpLoadedClassList`命令用于在应用程序运行过程中动态记录已加载的类，并将类名列表输出到文件中。

`-XX:SharedArchiveFile`命令用于指定生成的共享归档文件的名称。

通过使用这两个选项，可以在应用程序运行过程中动态生成和更新共享归档文件，以便下一次启动时能够直接加载并使用预先编译好的类数据。

#### 3.3 Java 12中的动态CDS示例

下面是一个示例，展示了如何在Java 12中使用动态CDS来提高应用程序的启动性能：

import java.util.List;

public class Dyna