ネイティブイメージのトレードオフ

ネイティブイメージは強力ですが、代償なしではありません。JVMの実行時の適応性と引き換えに、高速な起動と少ないメモリ使用量を実現します。このトレードオフを理解すると、ネイティブ化が適切な場面を判断できるようになります。

最も大きなメリットです。ネイティブバイナリでは、クラスのロード、バイトコード検証、JITのウォームアップが不要です。JVMの起動が数百ミリ秒かかるのに対し、数ミリ秒で起動できるため、CLIやサーバーレス関数に大きな変化をもたらします。

JITコンパイラがなく、プロファイリング用のデータ構造もなく、イメージヒープも事前に計算されているため、ネイティブプロセスのRAM使用量は大幅に少なくなります。これにより、1つのコンテナにより多くのインスタンスを配置でき、積極的にスケールダウンできます。

ここが重要なトレードオフです。JITは実行中のランタイムプロファイルを使って最適化するため、長時間稼働するJVMは、ビルド時に情報なしで最適化されたAOTバイナリよりも高い最大スループットに到達できます。継続的に高負荷なワークロードでは、JVMの方が優れる場合があります。

GraalVMはPGOによってスループットの差を縮めます。まず計測用イメージをビルドし、代表的なワークロードを実行してプロファイルを収集し、そのプロファイルを使って再ビルドします。これにより、AOTバイナリはそのワークロードに対してウォームアップ済みのJITに近いものになります。

ネイティブイメージのビルドには時間がかかり、大量のメモリを消費します。大規模なアプリでは、数分のCPU時間と数GBのRAMが必要です。そのため、素早いjarビルドと比べてCIパイプラインが長くなります。

前述のとおり、リフレクション、プロキシ、リソースにはメタデータが必要です。実行時のクラスローディングやバイトコード生成に大きく依存するコードは、変更なしに完全なネイティブ化を実現するのが難しいか、不可能な場合があります。

JVMの一部のツールは、ネイティブモードでは動作が異なります。標準のJVMTIエージェントや一部のプロファイラは同じ方法ではアタッチできないため、代わりにnative-image固有の監視やサンプリングを使用します。それに応じて可観測性の戦略を計画してください。

ネイティブイメージには独自のGC（シンプルなSerial GCと、一部のエディションで利用できるG1）が付属します。非常に大きなヒープでは、JVMが提供する豊富なGCのラインナップの方がレイテンシに優れている場合があります。ワークロードのヒープサイズと許容できる一時停止時間に合わせてGCを選択してください。

• ゼロまでスケールできるサーバーレス関数
• 起動時間が支配的になるCLIツール
• 高密度に配置されたコンテナ内のマイクロサービス
• 短時間で終了するバッチジョブ

• JITの最大性能が重要な、長時間稼働するスループット重視のサービス
• 動的なクラスローディングやバイトコード生成を多用するアプリ
• JVMTIベースのツールに依存するワークロード

ネイティブイメージのトレードオフについての理解度を確認しましょう。

ネイティブイメージのトレードオフについて学びました。

• メリット: ミリ秒単位の起動時間と小さなメモリフットプリント
• コスト: 最大スループットの低下の可能性、遅いビルド、動的機能用のメタデータ、ツールの違い
• PGOは、プロファイルに基づく再ビルドによってスループットの差を縮めます。
• ネイティブイメージは、CLI、サーバーレス、高密度に配置するマイクロサービスに適しています。
• JVMは、長時間稼働するスループット重視で動的機能の多いアプリに適しています。