01 背景介紹
1. Alibaba Dragonwell 發行版
Alibaba Dragonwell [1] 是一款免費的 OpenJDK 發行版。它提供了長期支持，包括性能增強、安全修復以及 Dragonwell 上專有的一些特性，比如 Wisp 協程、多租戶、JWarmup、G1 elastic heap 以及 serviceability 上的特性 [2] 等等。Dragonwell 包括 8、11、17 三個版本，而每個版本又包括 standard (和 OpenJDK 基本保持一致) 和 extended (基於 OpenJDK，搭載了 Dragonwell 的各種專有特性) 兩個子版本。而我們當前介紹的 RISC-V 後端支持是在 Dragonwell11 上的 extended 版本上，已在 2023 年 2 月正式 release，其中 Dragonwell11 上的特性如 Wisp 暫時還不支持。
2. RISC-V 指令集架構
RISC-V [3] 是一個基於 RISC (精簡指令集) 的指令集架構。它主要的特性是開源、模塊化、可擴展性以及非常精簡的指令集。當前的 RISC-V 主要應用於物聯網；而後續進入服務器領域也是未來可期的。同時，得到 Arm 等商業芯片指令集的授權都需要支付高額的商業費用，而 RISC-V 是完全開源的指令集架構，芯片廠商可以根據自己的需要做定製化。當前的商業 RISC-V 處理器有如 Alibaba 玄鐵 C910 處理器、SiFive 的 RISC-V 半導體 IP 核等。從開發的角度而言，它們也都是使用體驗很好的處理器/設備。
3. OpenJDK on RISC-V
在 2020 年的年末，華爲的 Bisheng JDK 團隊開源了基於 OpenJDK 的 RISC-V (64位) 後端實現，約 6w 行代碼的 initial load [4]。Alibaba Dragonwell 團隊也同期參與到了 RISC-V 後端研發當中。從 Alibaba Dragonwell 團隊的角度，在去年社區成立 openjdk/riscv-port repo [5] ，隨後 RISC-V 後端正式合併到上游 openjdk/jdk repo [6] 到現在，我們對 OpenJDK RISC-V 後端的貢獻包括在 OpenJDK 上的 RISC-V "C" 壓縮指令擴展這個特性的實現；20 餘個 bug fixes；部分 enhancements 和 refactoring；以及部分 Loom (協程) RISC-V port 的支持等。其中 C 擴展的實現已經在 OpenJDK 20 上的 RISC-V 後端中默認開啓，可以減小 ~20% 的後端 Java compiled code 的 code size footprint。
02 Alibaba Dragonwell11 on RISC-V
爲什麼是 JDK11？
JDK11 是當前的主流版本。國內的 Java 客戶大多都在使用 JDK8，但現在已經有越來越多升級到 JDK11 的趨勢了。默認的 G1 GC (CMS 在後面 JDK 版本中已經棄用)、更好的性能、AArch64 後端更好的支持、AppCDS 特性、Safepoint 的 Threadlocal Handshake、能提升代碼性能的 Segmented Code Cache 特性等都可以讓 JDK11 相比於 JDK8 有更多的優勢，也是用戶升級 JDK 的動力所在。雖然 JDK11 的確是當下的主流版本，但是社區上的 RISC-V 後端是在 19/20 這兩個版本中支持的，因此這對於很多 Java 應用的維護者來說，升級到這麼高的版本的確是略有些遙遠且工作量頗高的事情。所以，如果要嘗試在 RISC-V 上開發 Java 應用的話，能繼續使用 JDK11 應該是一個比較好的選擇。
硬件特性支持平頭哥 RISC-V 芯片
因此，Alibaba Dragonwell 團隊將 OpenJDK 上游的 RISC-V 後端移植回了 Dragonwell11 [7] 上，我們會長期維護 Dragonwell11 的版本和後端，同步上游社區的 bug fixes 保證用戶的使用體驗。從兼容性的角度上講，我們完成了 QEMU / SiFive 開發板 / 平頭哥開發板 上的驗證，以及 JCK / jtreg / SPECjbb2015 等各種 benchmark 的支持。Dragonwell11 上的 RISC-V 和上游大部分保持一致；包括基礎的 RVI 指令集支持的同時，我們還支持一部分平頭哥芯片專有的指令集和其生態，如果在平頭哥的硬件上如 C910，則可以使用 -XX:+UseCSky 開啓相關的支持。與此同時，我們還支持一些基於 RVV（RISC-V 的向量指令擴展）-0.7.1 的 vector intrinsic 的向量化，在支持 RVV-0.7.1 版本的（如平頭哥的一些 RISC-V 芯片，如開啓 vector 支持的 C910 等）開發板上可以自動開啓。由於搭載 RVV-1.0 版本的芯片現階段實際上很少，所以 Dragonwell 可能是目前唯一能夠在硬件上運行 RVV 的 JDK。
二進制版本下載
Dragonwell11 的二進制版本 [8] 已經於二月份發佈，有興趣的開發者可以直接從 Github 鏈接下載。此外，Dragonwell11 的 RISC-V 版本已經集成進龍蜥的 Anolis 源中，如果是使用 Anolis OS 的用戶可以直接使用 yum 源來安裝 Dragonwell11 JDK。
使用方便的 QEMU Docker 容器鏡像進行模擬
RISC-V 現在還在快速發展階段中。因此面臨着硬件資源有限的問題：開發者有時並不容易得到硬件設備；拿到硬件設備之後還面臨着需要搭建環境、初始化網絡等比較麻煩的操作。在這種情況下，有一個模擬器就是非常有必要的了。主流的模擬器是 QEMU，如果把 QEMU 內置在 Docker 鏡像當中，用戶就可以得到最大程度上的使用便利：用戶可以直接在 x86 機器上一鍵模擬 RISC-V 程序。並且，鏡像是 portable 的：因爲容器鏡像可以隨時遷移到其他機器上去。我們維護了一個 RISC-V QEMU Docker 鏡像的倉庫 [9]，使用 Debian 的 RISC-V 源。用戶可以直接查看 README 手動構建一個 QEMU Docker。省力一些的話，用戶也可以直接將鏡像 pull 下來：
# 現只支持 x86 宿主機
docker pull multiarch/qemu-user-static && \
docker run --rm --privileged --net host multiarch/qemu-user-static --reset
docker pull alibabadragonwelljdk/riscv-qemu && \
docker run -it --rm alibabadragonwelljdk/riscv-qemu /bin/bash
Demo：Springboot 示例
SpringBoot 是非常優秀的 Java 應用框架，我們可以從官網上 [10] 下載其 Hello World demo 並使用 maven 構建。
我們也提供了一個預編譯好的 SpringBoot demo 以供演示用：
https://dragonwell.oss-cn-shanghai.aliyuncs.com/demo-0.0.1-SNAPSHOT.jar
我們可以在實際的物理開發板上啓動 Java 程序；也可以在上述的 QEMU Docker 中用同樣的命令啓動：
圖/啓動一個簡單的 SpringBoot Hello World 程序 (實際啓動時間可能與圖片上有差別)
03 致謝
感謝華爲 Bisheng JDK 團隊的開發同學們的工作，感謝中科院軟件所 PLCT 實驗室團隊對硬件設施方面給予的幫助。感謝社區 RISC-V 後端的 reviewers 的各種幫助。我們也會持續輸出並不斷反饋社區，在社區的維護上貢獻我們的力量。
04 總結和展望
RISC-V 是一個有前景的指令集，中立和開放是它的兩大優勢。在成立了 Datacenter (數據中心) SIG 和 HPC (高性能計算) SIG 之後，RISC-V 也開始逐漸向高性能方向逐漸演進。除此之外，就 RISC-V 的軟件生態而言，RISC-V 上的各種 toolchain (GCC、GDB 等) 的支持也已經十分完備，各種操作系統 (Ubuntu、Debian) 等都已經支持了 RISC-V 指令集，各種開源社區對相關軟件的移植的支持也非常積極。Debian-port 上大約 95% 的軟件包都可以在 RISC-V 上使用 [11]，因此用戶的開發流程是比較流暢的。相比於 x86 平臺的一些複雜指令及一些歷史包袱，RISC-V 具有着較新、指令集簡單、較強的拓展性等特性，已經 ratify 了多個指令集擴展。隨着社區的蓬勃發展，我們相信 RISC-V 架構有着光明的前景。
相關鏈接：
[1] https://dragonwell-jdk.io/
[3] https://en.wikipedia.org/wiki/RISC-V
[4] https://mail.openjdk.org/pipermail/discuss/2020-December/005657.html
[5] https://github.com/openjdk/riscv-port
[6] https://github.com/openjdk/jdk
[7] https://github.com/dragonwell-project/dragonwell11
[8] https://github.com/dragonwell-project/dragonwell11/releases
[9] https://github.com/dragonwell-project/docker-qemu-riscv64
[11] https://wiki.debian.org/RISC-V
文/鄭孝林
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