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【Java】脱离 JVM 约束 GraalVM + Liberica NIK + Spring + Docker 将 Java 编译为平台二进制可执行文件

news 来源：原创 2025/6/17 10:54:36

目录

 零、参考资料

 1. Spring 教程官网

 2. GraalVM 官网

3. Liberica NIK 官网

一、前言 -> GraalVM 技术作用

优点

缺点

CNB vs 传统构建方式对比

二、配置环境

1. 【Docker Desktop】Windows11安装 Docker Desktop 链接

2. 介绍 Windows 和 Linux 的 GraalVM & Liberica NIK JDK

1. 功能对比

(1) Native Image（AOT 编译）

(2) 多语言支持

2. 性能与优化

3. 适用场景

4. 总结

3. 下载 Windows 和 Linux 的 Liberica NIK JDK

1. 先择下载的是构建镜像的 JDK

2. 选择下载 Windows 版本和 Linux 的两个都下载

3. 安装 LibericaNIK-OpenJDK-21

 3.1 Windows：

3.2 WSL 2 Linux Ubantu 子系统： 

1. 将下载好的 JDK 从 Windows 直接鼠标托复制到 Ubantu 子系统

2. 进入 WSL  Ubantu 终端安装 JDK

​编辑

 3. 配置 Linux JDK 环境变量

3. 创建系统级 profile 文件

4. 更新系统配置

5. 测试验证系统级别 JDK 环境是否生效

6. （可选）如果在构建镜像的过程中提示未配置 JAVA_HOME 

4. 配置编译可执行二进制文件 C++ 环境

4.1 Windows：

4.2 WSL 2 Linux Ubantu 子系统： 

三、编译可执行二进制文件与Docker镜像

对 Java 文件编译二进制可执行文件

1. 创建 HelloNativeImage.java 文件

2. 使用 X64 Native Tools 终端编译

对 Java Maven 或 Gradle 的 JAR 包编译成可执行二进制文件

Maven 项目

​编辑

Gradle 项目

CNB 自动编译构建成 Docker 镜像

CNB的核心概念

Maven 项目

Gradle 项目

四、总结

直接编译Java文件为二进制可执行文件

编译JAR包项目为二进制可执行文件

CNB直接构建Docker镜像

PS：本教程以大部分用户为例子，Windows 11 + WSL 2 + Linux （Ubantu） 子系统

注意：

  • 你需要魔法才能操作！
  • 你需要魔法才能操作！
  • 你需要魔法才能操作！

 零、参考资料

 1. Spring 教程官网

链接：Spring 教程官网链接

 2. GraalVM 官网

链接：GraalVM 官网链接

3. Liberica NIK 官网

链接：Liberica NIK 官网链接

一、前言 -> GraalVM 技术作用

优点

  1. 极简构建

    • 无需本地安装 GraalVM 或 C/C++ 工具链，仅需 Docker + 一条 Maven 命令。

    • 自动处理依赖、编译、打包全流程。

  2. 跨平台镜像

    • 直接生成 Linux 容器镜像（如 Docker 镜像），无视开发机操作系统（Win/Mac/Linux）。

  3. 生产就绪

    • 输出轻量级镜像（约 50-100MB），基于 Distroless 等安全基础镜像。

  4. 标准化流程

    • 避免手动编写 Dockerfile，降低维护成本。

缺点

  1. 构建速度慢

    • 首次构建需下载基础镜像和 Buildpack（约 5-10 分钟），后续构建仍需 2-5 分钟（GraalVM 编译本身耗时）。

  2. 调试复杂

    • 容器内构建，原生镜像调试需额外配置（如 -H:±AllowIncompleteClasspath 等参数需通过环境变量传递）。

  3. 灵活性受限

    • 深度定制 GraalVM 配置（如反射/资源动态加载）需修改 Buildpack 或使用自定义 Builder。

  4. 依赖网络

    • 构建过程需实时下载云资源（Builder 镜像、依赖包），离线环境需预缓存。

CNB vs 传统构建方式对比

能力传统GraalVM构建CNB构建
依赖环境需本地安装GraalVM、C/C++工具链仅需Docker，无需本地GraalVM
跨平台支持需为不同OS单独编译直接生成跨平台Docker镜像
构建流程复杂度高（手动配置）低（一键命令）
输出结果本地可执行文件（如.exe）容器镜像（含原生可执行文件）
适用场景本地测试生产容器化部署

典型应用场景

  • Serverless/FaaS平台
    快速启动和低内存占用（如AWS Lambda），响应延迟敏感型业务59。

  • Kubernetes环境
    结合CNB生成的轻量镜像，实现高效扩缩容和资源利用510。

  • 持续集成流水线
    通过CNB标准化构建流程，提升CI/CD效率

二、配置环境

1. 【Docker Desktop】Windows11安装 Docker Desktop 链接

往期：【Docker Desktop】Windows11安装 Docker Desktop

2. 介绍 Windows 和 Linux 的 GraalVM & Liberica NIK JDK

PS：

GraalVM 和 Liberica NIK（Native Image Kit）都是基于 OpenJDK 的 JDK 发行版，但它们在设计目标、功能特性和适用场景上有所不同。以下是两者的对比分析：

1. 功能对比

(1) Native Image（AOT 编译）

  • GraalVM

    • 预装 native-image

    • 原生支持 native-image 工具，可将 Java 应用编译为独立可执行文件。

    • 适用于 Spring Boot、Micronaut、Quarkus 等框架的云原生优化。

  • Liberica NIK

    • 预装 native-image，无需额外安装（如 gu install native-image）。

    • 提供 Liberica NIK Core/Standard/Full 版本，其中 Full 版集成 JavaFX（官网下载对应支持 Java 界面编程编译的版本 Full 版本）

    • 优化构建流程，适合直接用于生产环境。

(2) 多语言支持

  • GraalVM

    • 支持 JavaScript、Python、Ruby、R、LLVM（如 C/C++）等语言互操作。

    • 适用于多语言混合开发场景（如 Java + Python 脚本调用）。

  • Liberica NIK

    • 仅支持 Java/JVM 语言，不包含 GraalVM 的多语言运行时（如 Truffle 框架）。

2. 性能与优化

对比项GraalVMLiberica NIK
启动速度极快（AOT 编译优化）同 GraalVM，但构建流程更简化
内存占用低（原生镜像仅需必要资源）类似，但 BellSoft 优化了构建内存使用（如减少 JDK 体积）6
构建时间较长（需静态分析）可能更快（预装优化工具链）

3. 适用场景

  • 选择 GraalVM：

    • 需要多语言支持（如 Java + JS/Python）。

    • 企业级应用，需 Oracle 技术支持（企业版）。

    • 深度定制 AOT 编译（如复杂反射配置）。

  • 选择 Liberica NIK：

    • 简化 Native Image 构建（适合 CI/CD 流水线）。

    • 仅需 Java 原生镜像，无需 GraalVM 多语言功能。

    • 生产环境部署（如云原生微服务、Serverless）。

4. 总结

  • GraalVM 是更全面的高性能运行时，适合多语言和高级 AOT 优化。

  • Liberica NIK 是 轻量化的 GraalVM 子集，专注于提供更便捷的 Native Image 构建体验，适合纯 Java 云原生开发14。

如果需要 多语言支持 或 企业级特性，选择 GraalVM；如果仅需 快速构建 Java 原生镜像，Liberica NIK 是更优选择。

3. 下载 Windows 和 Linux 的 Liberica NIK JDK

 链接：Liberica NIK 官网链接

1. 先择下载的是构建镜像的 JDK

2. 选择下载 Windows 版本和 Linux 的两个都下载

 原因：

  • 你可以编译成 Windows 的，也可以编译成 Linux 玩。
  • 下载压缩包的或者是安装版的，我下载的是安装版本的，目的是让 Linux 自动配置。
  • 注意我们用的 Windows WSL 2 Linux Ubantu 子系统，所以要装 DEB 格式的。
  • 注意系统架构，X86 为 AMD ，在 安装 Docker Desktop 中有介绍。
  • 我这里装至今主流 JDK 21 版本稳定版。

3. 安装 LibericaNIK-OpenJDK-21

 3.1 Windows：

Windows 安装直接 双击安装包安装 后配置环境变量，这里不予演示

3.2 WSL 2 Linux Ubantu 子系统： 
1. 将下载好的 JDK 从 Windows 直接鼠标托复制到 Ubantu 子系统

拉取到 /opt 目录下

注意：你可以用命令，我直接托会产生一个 Zone.ldentifier 后缀名 IDENTIFIER格式文件，用rm命令删除即可。

2. 进入 WSL  Ubantu 终端安装 JDK
sudo apt install <全/相对>./包名.deb
 3. 配置 Linux JDK 环境变量

1. 复制安装路径，在我们移动 JDK 安装包过来的 /opt 路径中

 2. 配置编辑 Linux 系统级别环境变量

sudo nano /etc/environment

增加 JAVA_HOME 变量：

JAVA_HOME="安装路径 /opt/xxxxxx/xxxjdk  注意不要填 bin 目录"

键盘：Ctrl + O -> Enter 回车保存；Ctrl + X 退出；

3. 创建系统级 profile 文件
sudo nano /etc/profile.d/java.sh

添加内容：

#!/bin/sh
export JAVA_HOME=/opt/bellsoft/liberica-vm-core-23.1.7-openjdk21
export PATH=$PATH:$JAVA_HOME/bin

设置权限：

sudo chmod +x /etc/profile.d/java.sh
4. 更新系统配置
# 重新加载环境变量
source /etc/environment# 使所有用户生效
sudo su
source /etc/profile
exit
exit

关闭 WSL 子系统窗口，重新进入WSL

5. 测试验证系统级别 JDK 环境是否生效
# 检查系统级环境变量
echo $JAVA_HOME
echo $PATH# 验证 Java 命令
java -version
which java

6. （可选）如果在构建镜像的过程中提示未配置 JAVA_HOME 
# 设置系统默认 Java
sudo update-alternatives --install "/usr/bin/java" "java" "$JAVA_HOME/bin/java" 1
sudo update-alternatives --set java "$JAVA_HOME/bin/java"# 同样设置 javac
sudo update-alternatives --install "/usr/bin/javac" "javac" "$JAVA_HOME/bin/javac" 1
sudo update-alternatives --set javac "$JAVA_HOME/bin/javac"

4. 配置编译可执行二进制文件 C++ 环境

4.1 Windows：

1. 下载开发工具（Spring GraalVM 有介绍，需要借助开发工具的 X64 Native 终端）

链接：下载 Visual Studio 开发工具官网链接

2. 注意安装时勾选使 <使用 C++ 的桌面开发>

4.2 WSL 2 Linux Ubantu 子系统： 

各系统差异不同：

  • 也是因为 Linux 系统中不同发行版对应 GraalVM 工具时的差异
  • 解决：想在 Linux 系统中编译成二进制可执行文件的，直接操作报错后，丢给 AI ，让它给你命令装对应编译成平台可执行二进制文件的 C++ 依赖库!（我就是这么做的）

在WSL的Ubuntu终端中执行以下命令：

# 更新软件源
sudo apt update# 安装基础编译工具链（包含gcc, g++, make, libc-dev等）
sudo apt install -y build-essential# 安装GraalVM native-image所需的依赖库
sudo apt install -y zlib1g-dev libz-dev libstdc++-12-dev

三、编译可执行二进制文件与Docker镜像

注意：Windows 中编译和 Linux 中编译的操作有区别，这里我只要展示 Windows 的操作各位便可知！！！

对 Java 文件编译二进制可执行文件

1. 创建 HelloNativeImage.java 文件

public class HelloNativeImage {public static void main(String[] args) {System.out.println("Hello, Native Image!");}
}

2. 使用 X64 Native Tools 终端编译

用管理员身份运行

进入 HelloNativeImage.java 文件目录中

执行命令将 Java 文件编译成可执行二进制文件

# 编译字节码
javac HelloNativeImage.java# 生成本地可执行文件
native-image HelloNativeImage# 运行
.\HelloNativeImage

对 Java Maven 或 Gradle 的 JAR 包编译成可执行二进制文件

注意：其实就是最终将所有 java 文件的打包成 jar 包编译成可执行二进制文件。

Maven 项目

注意 IDEA 开发工具或官网构建的 maven 项目给的两个文件可执行文件：本质无需单独安装 Maven，根据项目指定的版本自动下载 Maven 库。

  • mvnw：提供给 Linux / Mac 系统
    • 使用相对路径前缀：./
  • mvnw.cmd：提供给 Windows 系统
    • 使用相对路径前缀：.\

进入项目根目录直接执行构建命令：

# Windows 系统执行命令
.\mvnw.cmd -Pnative -Dmaven.test.skip=true native:compile# Linux/Mac 系统执行命令
./mvnw -Pnative -Dmaven.test.skip=true native:compile

 以下是命令 .\mvnw.cmd -Pnative -Dmaven.test.skip=true native:compile 的详细解析表格：

命令部分含义作用说明技术细节
.\mvnw.cmdMaven Wrapper 脚本 (Windows)使用项目自带的 Maven 封装器（无需预装 Maven），确保构建环境一致性替代全局安装的 mvn 命令
-Pnative激活 Maven Profile 名为 native启用专为 GraalVM Native Image 编译优化的配置（通常在 pom.xml 中定义）Profile 可能包含：
• Native Image 插件依赖
• 构建参数预设
• 资源配置文件
-Dmaven.test.skip=true设置 Maven 属性：跳过测试不执行单元测试和集成测试，显著加速构建过程（Native Image 编译本身较慢）等效于：
-DskipTests=true
native:compile执行 Maven 插件的 compile 目标 (来自 native-maven-plugin)触发 GraalVM Native Image 的编译过程，生成可执行文件关联插件：
org.graalvm.buildtools:native-maven-plugin
完整命令效果1. 跳过测试阶段
2. 加载 Native 专用配置
3. 调用 GraalVM 编译 Java 为本地可执行文件		输出文件路径：
target/项目名 (无扩展名，如 demo.exe)

构建成功，在 target 目录下双击或直接命令运行： 

Gradle 项目

gradle nativeCompile

CNB 自动编译构建成 Docker 镜像

注意：为了展示差异，这次我们选择在 Linux 子系统中操作

  • 无需创建编辑 Dockerfile 文件

  •  CNB 全自动一键构建

  • 因为我这里本次使用的是 Windows 中的 Linux 子系统，需要保持 Windows 中 Docker Desktop 的程序在运行中。

在GraalVM与Spring Boot的整合中，CNB（Cloud Native Buildpacks） 是一个核心的自动化构建工具链，用于将Spring Boot应用编译为GraalVM原生镜像（Native Image）并打包成容器镜像。它的作用与价值主要体现在以下方面：

CNB的核心概念

  • 自动化镜像构建
    CNB是一种云原生镜像构建标准，由云原生基金会（CNCF）维护。它通过预定义的构建包（Buildpacks）自动化完成应用编译、依赖管理和容器镜像生成，无需开发者手动编写Dockerfile。

  • 与GraalVM的集成
    在Spring Boot 3.0中，CNB通过Paketo Buildpacks的native-image构建包，调用GraalVM的AOT（Ahead-of-Time）编译能力，直接将Spring Boot应用编译为本地可执行文件，并嵌入轻量级容器镜像（如Distroless）

能力传统GraalVM构建CNB构建
依赖环境需本地安装GraalVM、C/C++工具链仅需Docker，无需本地GraalVM
跨平台支持需为不同OS单独编译直接生成跨平台Docker镜像
构建流程复杂度高（手动配置）低（一键命令）
输出结果本地可执行文件（如.exe）容器镜像（含原生可执行文件）
适用场景本地测试生产容器化部署

Maven 项目

pom.xml 配置构建插件：

<plugin><groupId>org.graalvm.buildtools</groupId><artifactId>native-maven-plugin</artifactId>
</plugin>

Linux 子系统中执行自动化构建命令：

./mvnw -Pnative -Dmaven.test.skip=true spring-boot:build-image

 进入项目根目录执行命令

运行镜像：

docker images #查看所有镜像
docker run --rm -p 8080:8080 镜像地址/镜像名:标签

Gradle 项目

gradle bootBuildImage

四、总结

  • 直接编译Java文件为二进制可执行文件

  • 编译JAR包项目为二进制可执行文件

  • CNB直接构建Docker镜像

构建方式命令描述输入输出适用场景
直接编译Java文件native-image [Java类名]
（需先javac编译为.class）		使用GraalVM的native-image工具直接将Java类编译为原生可执行文件。.java或.class文件独立原生可执行文件（如.exe）简单单文件测试；无依赖的轻量级应用；快速验证原生编译可行性。
编译JAR包项目为二进制可执行文件.\mvnw.cmd -Pnative -Dmaven.test.skip=true native:compile
（Windows）
或
./mvnw -Pnative -Dmaven.test.skip=true native:compile（Unix）		通过Maven调用GraalVM插件：
1. 激活native Profile
2. 跳过测试
3. 编译项目JAR包并生成原生可执行文件。		项目源代码（含pom.xm）平台相关原生可执行文件完整Spring Boot项目；需生成高性能独立可执行文件；避免Docker依赖的部署场景。
CNB直接构建Docker镜像./mvnw -Pnative -Dmaven.test.skip=true spring-boot:build-image通过Spring Boot的CNB（Cloud Native Buildpacks）插件：
1. 跳过测试
2. 直接构建包含原生应用的Docker镜像（无需显式生成JAR）。		项目源代码（含pom.xml）Docker镜像（含原生应用）容器化部署场景；需快速生成生产级Docker镜像；与Kubernetes等云原生平台集成。

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