21.1.0 发布

龙芯荣幸宣布基于 OpenJDK 21 的龙芯平台 Java 环境发布。

Java 21 是最新的 LTS（Long-Term Support, 即长期支持）版本，甲骨文等厂商预计对 Java 21 提供长达八年的支持 [1]。Java 21 包含 15 个新的 JEP（JDK Enhancement Proposal，即JDK增强建议）：

430: String Templates (Preview)
431: Sequenced Collections
439: Generational ZGC
440: Record Patterns
441: Pattern Matching for switch
442: Foreign Function & Memory API (Third Preview)
443: Unnamed Patterns and Variables (Preview)
444: Virtual Threads
445: Unnamed Classes and Instance Main Methods (Preview)
446: Scoped Values (Preview)
448: Vector API (Sixth Incubator)
449: Deprecate the Windows 32-bit x86 Port for Removal
451: Prepare to Disallow the Dynamic Loading of Agents
452: Key Encapsulation Mechanism API
453: Structured Concurrency (Preview)

此次龙芯发布的 21.1.0 对应上游 GA (General-Availability) 版本 21+35。关于 Java 21 更详细的内容请见https://www.oracle.com/java/technologies/javase/21-relnote-issues.html。自上一个 LTS 版本 Java 17 以来集成的 JEP 的完整列表，请参阅此处。

在 21.1.0 中，龙芯团队针对 LoongArch 平台进行了新功能开发和优化，一些主要内容如下。

通过 TCK，符合 Java SE 21

龙芯是具有 TCK 权限的少数几家公司之一 [2]。此次发布的龙芯平台 Java 21 环境经过 TCK 验证符合 Java SE 21，新应用程序和现有应用程序无需修改即可运行。

JEP 439: 分代 ZGC 支持

该 JEP 通过扩展 ZGC (Z Garbage Collector) 来维护新对象和旧对象的不同代，从而提高应用程序性能。分代 ZGC 通过降低应用程序所需的堆内存和垃圾收集 CPU 的开销以及降低分配停顿的风险，帮助提高开发人员的工作效率。龙芯在 17.1.0 首次实现 LoongArch 平台 ZGC，在此次发布的版本中，实现了 LoongArch 平台上的分代 ZGC。

JEP 444: Virtual Threads 支持

在分时操作系统中，线程是 CPU 时间片分配的最小单位。借助复杂的调度算法，操作系统能够让有限的执行实体并发地处理数量庞大的任务。然而，在 I/O 密集的场景，频繁地挂起和恢复线程会带来不可忽视的上下文切换开销。一种可行的优化方式是在用户态抽象虚拟的线程实体，并将其与操作系统线程建立映射来赋能实际的执行业务。

通过向 Java 平台引入轻量级虚拟线程，在用户态即可实现对时间片资源的精细化管理，避免因频繁地在用户态与内核态之间切换而损耗性能。虚拟线程 API 让开发人员可以轻松编写和维护高吞吐量并发应用，降低对并发应用进行调试、分析以及扩展的难度，进而提升应用开发效率。

JEP 448: Vector API (Sixth Incubator) 支持

Vector API 为开发人员提供能够清晰和简洁地表达各种向量计算的 API。使用该 API 的程序可以在运行时被编译为目标 CPU 架构上的最优的向量指令，从而实现优于等效标量计算的性能。龙芯在 17.1.0 中实现了 Vector API (2nd Incubator) 的支持，此次发布的版本与社区的 Vector API 保持同步，并进一步充分利用 LoongArch 的向量指令。

Vector API 的相关 JEP 为：

[JDK 16] JEP 338: Vector API (Incubator)
[JDK 17] JEP 414: Vector API (2nd Incubator)
[JDK 18] JEP 417: Vector API (3rd Incubator)
[JDK 19] JEP 426: Vector API (4th Incubator)
[JDK 20] JEP 438: Vector API (5th Incubator)

JEP 442: Foreign Function & Memory API (Third Preview) 支持

Foreign Function & Memory API 使 Java 程序更容易与 Java 运行时之外的代码和数据进行互操作。这个新的 API 支持 Java 程序在无需 JNI (Java Native Interface) 的情况下调用本地库和处理原生数据，从而为开发人员提高了易用性、灵活性、性能和安全性。

此次发布的版本包含了相关 JEP 在 LoongArch 平台上的实现，这些 JEP 还包括：

[JDK 19] JEP 424: Foreign Function & Memory API (Preview)
[JDK 20] JEP 434: Foreign Function & Memory API (2nd Preview)

自适应使能 UseNUMA

此次发布的版本实现了自适应使能 UseNUMA。当检测到当前系统适合开启 NUMA 优化时，会默认启用 -XX:+UseNUMA 参数，用户不再需要手动配置该参数，从而实现“开箱即用”的性能。

调优 GC 暂停时间，提升 SPECjbb2015 得分

此次发布的版本通过调优 GC 暂停时间，可将 SPECjbb2015 的 critical-jOPS 得分提升 10% 左右。

多项 Intrinsics 优化

此次发布的版本中，龙芯针对 LoongArch 平台的指令特点，完成了一系列 Intrinsics 优化，这些优化包括：

DESCrypt Intrinsics优化
ChaCha20 Intrinsics优化
Thread.currentThread() Intrinsics优化
BigInteger.shiftLeft Intrinsics优化
BigInteger.shiftRight Intrinsics优化
浮点Math.min/max Intrinsics优化
浮点isInfinite Intrinsics优化
isFinite Intrinsics优化
unsignedMultiplyHigh Intrinsics优化
PopulateIndex Intrinsics优化
Math.signum Intrinsics和向量优化

通过这些优化，部分 Benchmark 可以得到明显提升。优化后，SPECjvm2008 中的 crypto.aes 可以提升 35%。优化后，JMH Microbenchmarks 中的部分相关测试用例得到成倍提升。

支持 AM{SWAP/ADD}{_DB}.{B/H} 和 AMCAS{_DB}.{B/H/W/D} 类指令并实现相应优化

AM{SWAP/ADD}{_DB}.{B/H} 和 AMCAS{_DB}.{B/H/W/D} 类指令是 LoongArch V1.1 新增指令，此次发布的版本可以动态识别当前 CPU 平台是否支持该特性并生成最优的指令，通过该优化，可以提升 SPECjbb2015 的 critical-jOPS 得分。

OpenJFX 21支持

在此次发布的版本中，首次对 OpenJFX 21 实现支持，具体版本为 21+31。更多关于 OpenJFX 21 的内容请参阅此处。

修复已知问题

该版本对一些已知问题进行了修复，比如解决了 VarHandle getOpaque 偶发出现非法序问题，在 LoongArch 上修复 JDK-6805864 问题，修复提示“UseHeavyMonitors is not fully implemented on this architecture”等问题。

[1] https://www.oracle.com/news/announcement/ocw-oracle-releases-java-21-2023-09-19/
[2] https://openjdk.org/groups/conformance/JckAccess/jck-access.html

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