王炸!!Spring 终于对 JVM 动手了…


分享一份《Spring Boot 学习笔记,太全了!》

Spring 在今年 3 月份推出了 Spring Native Beta 版本,我本来还想着等正式发布了再研究下,不用等了,现在我们就来尝尝鲜。

https://spring.io/blog/2021/03/11/announcing-spring-native-beta

Spring Native 简介

我们都知道,传统的 Spring 应用程序都是必须依赖于 Java 虚拟机(JVM)运行的,Spring Native 的诞生就是无需 JVM,它提供了另外一种运行和部署 Spring 应用的方式(目前只支持 Java 和 Kotlin),通过 GraalVM 将 Spring 应用程序编译成原生镜像。

Spring Native 特点

1、无需 JVM 环境, Spring Native 应用程序可以作为一个可执行文件独立部署;

2、应用即时启动,一般情况下应用启动时间 < 100ms;

3、即时的峰值性能;

4、更少的内存消耗;

Spring Native 缺点

Spring Native 应用启动那么快也是有代价的,和 JVM 应用相比:

1、构建更笨重、构建时间更长;

2、更少的运行时优化;

3、很多 Java 功能受限;

4、很多特性还很不成熟;

Spring Native 应用场景

1、Spring Cloud 无服务器化(Serverless);

2、以更廉价持久的方式运行 Spring 微服务;

3、非常适合 Kubernetes 平台,如:VMware Tanzu;

4、为 Spring 应用创建更佳的容器镜像;

Spring Native 和 JVM 的区别

1、Spring Native 构建时会进行应用程序静态分析;

2、Spring Native 构建时会移除未被使用的组件;

3、Spring Native 反射、资源、动态代理需要配置化;

4、Spring Native 构建时的 classpath 是固定不变的;

5、Spring Native 没有类延迟加载,可执行文件包含所有内容都在启动时加载到内存;

6、Spring Native 构建时会运行一些代码;

7、Spring Native 对于 Java 应用程序还存在一些局限性;

GraalVM 简介

Spring Native 的核心就是 Oracle 的黑科技: GraalVM。

GraalVM 是一个由 Oracle 开发的全栈通用虚拟机,拥有高性能、跨语言交互等逆天特性,不仅支持了 Java、Scala、Groovy、Kotlin 等基于 JVM 的语言,以及 C、C++ 等基于 LLVM 的语言,还支持其他像 JavaScript、Ruby、Python 和 R 语言等,可提高多种语言的运行速度和吞吐量。

GraalVM 有以下几个特性。

  • 更加高效快速的运行代码
  • 能与大多数编程语言直接交互
  • 使用 Graal SDK 嵌入多语言
  • 创建预编译的原生镜像
  • 提供一系列工具来监视、调试和配置所有代码

具体就不介绍了,阅读我之前分享的这篇文章:Oracle 发布了一个全栈虚拟机 GraalVM

重点来看原生镜像功能:

$ javac HelloWorld.java
$ time java HelloWorld
user 0.070s
$ native-image HelloWorld
$ time ./helloworld
user 0.005s

GraalVM 可以预编译成原生镜像,从而极大提速了启动时间,并能减少 JVM 应用的内存占用。现在你知道为什么 Spring Native 启动那么快的原因了!

Spring Native 正是通过 GraalVM 提供了对传统 Spring 应用程序的轻量级运行方式,在不用修改任何传统应用程序代码的情况下,通过集成 Spring Native 项目就能轻松实现。

开始尝鲜

构建 Spring Native 应用的两种方式:

1、使用 Spring Boot Buildpacks 来生成一个包含原生可执行文件的轻量级容器;

2、使用 GraalVM native image Maven 插件来生成一个包含原生可执行文件;

本文使用第一种方式进行尝鲜!

1、环境要求

这种方式需要安装 Docker 环境:

  • Linux 需要配置非 root 用户可运行
  • Mac 需要配置最大内存为 8G 或以上

因为我本地已经装好了,这里不再演示了,不会的点击这里阅读参考一下,或者关注公众号:Java技术栈,在历史文章中搜索阅读。

2、添加依赖

Spring Native 在 start.spring.io 上面已经可以开始使用了,在页面上添加一个 “Spring Native“ 依赖进去就好,如下所示:

Spring Boot:

<parent>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId>
<version>2.4.5</version>
<relativePath/>
</parent>

Spring Native:

<dependencies>
<dependency>
<groupId>org.springframework.experimental</groupId>
<artifactId>spring-native</artifactId>
<version>${spring-native.version}</version>
</dependency>
</dependencies>

注意依赖版本:

Spring Native 最新版本为:0.9.2,只支持 Spring Boot 2.4.5

3、添加 Spring AOT 插件

添加 Spring AOT 插件:

<build>
<plugins>
<plugin>
<groupId>org.springframework.experimental</groupId>
<artifactId>spring-aot-maven-plugin</artifactId>
<version>0.9.2</version>
<executions>
<execution>
<id>test-generate</id>
<goals>
<goal>test-generate</goal>
</goals>
</execution>
<execution>
<id>generate</id>
<goals>
<goal>generate</goal>
</goals>
</execution>
</executions>
</plugin>
</plugins>
</build>

Spring AOT 插件执行所需的提前转换,以提升原生镜像的兼容性。

4、开启原生镜像支持

在 Spring Boot Maven 插件中增加以下配置:

<plugin>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>
<configuration>
<image>
<builder>paketobuildpacks/builder:tiny</builder>
<env>
<BP_NATIVE_IMAGE>true</BP_NATIVE_IMAGE>
</env>
</image>
</configuration>
</plugin>

5、添加 Maven 仓库支持

Spring Native 依赖和插件需要在 Spring 仓库中下载,需要添加以下配置。

<repositories>
<repository>
<id>spring-release</id>
<name>Spring release</name>
<url>https://repo.spring.io/release</url>
</repository>
</repositories>

<pluginRepositories>
<pluginRepository>
<id>spring-release</id>
<name>Spring release</name>
<url>https://repo.spring.io/release</url>
</pluginRepository>
</pluginRepositories>

如果不能正常下载 Native 依赖和插件,需要检查 Maven 的 settings.xml 文件:

<mirror>
<id>nexus-aliyun</id>
<mirrorOf>*,!spring-release</mirrorOf>
<name>Nexus aliyun</name>
<url>http://maven.aliyun.com/nexus/content/groups/public</url>
</mirror>

把 mirrorOf 值由 修改为:,!spring-release

6、添加测试接口

添加一个测试接口,原生应用启动后,方便测试下可行性。

/**
* 微信公众号:Java技术栈
*/
@SpringBootApplication
@RestController
public class Application {

public static void main(String[] args) {
SpringApplication.run(Application.class);
}


@RequestMapping("/native/hi")
@ResponseBody
public String hiNative() {
return "hi native application...";
}


}

本文所有代码已上传至:https://github.com/javastacks/spring-boot-best-practice

7、构建原生应用

Maven 插件构建命令:

mvn spring-boot:build-image

这个会创建一个 Linux 容器,使用 GraalVM 原生镜像编译器构建出原生应用程序,容器镜像默认只安装在本地。

在 IDEA 插件中运行:

配置好后开始构建:

会看到大量这样的错误,不用理会,这个会在未来移除。

最终构建完成,一个简单的 Spring Boot 应用程序,这个构建却过程花了我 4 分钟。。

8、运行原生应用

使用平常运行 Docker 镜像的方式就能运行原生应用:

docker run –rm -p 8080:8080

当然也可以在项目中编写 docker-compose.yml 文件的方式,这里不再演示,感兴趣的可以关注公众号:Java技术栈,在历史文章中搜索阅读 Docker 系列文章。

一般情况下,运行原生应用程序只需要 100 毫秒以下,而运行基于 JVM 的应用程序大概需要 15 秒左右。

事实是否如此呢,一起来看看!

我天,82 毫秒就启动了,启动确实快。

再来访问我们之前写的接口:

http://localhost:8080/native/hi

输出正常,原生应用验证完成。

另外,在 target 目录中也生成了可执行的 jar 包:

然后我们用传统 JVM 环境来运行下:

java -jar spring-boot-native-1.0.jar

启动时间:1.903 秒,虽然看起来差距不大,但原生应用启动时间(0.082 秒)也比 JVM 快了 23 倍,在不同的代码量面前可能会有较大差距的体现。

当然这只是我测试的参考时间,但可以说明的原生应用运行确实要比 JVM 快不少!

我们再来比对下包的大小

查看刚生成的 Docker 镜像:

docker image ls

查看基于 JVM 的可执行 jar 包:

Docker 镜像大小:80.7 M,而基于 JVM 运行的可执行 jar 包却只有不到 20M。

这是因为原生镜像不仅包含了应用程序中所使用到的来自 JDK、Spring 中的必须项,还包含了一个最小化的 OS 系统层,所以肯定是要比之前的要大不少。

总结

本文介绍了 Spring Native 的特点,及演示了基于 Docker 镜像的原生应用。

本文所有演示代码已上传至:

https://github.com/javastacks/spring-boot-best-practice

感兴趣的都可以 Star 下该仓库,包含了之前写的 Spring Boot 教程及示例源码。

当然除了基于 Docker 镜像,还可以使用原生镜像 Maven 插件的方式,那种方式不需要 Docker,但需要安装原生镜像编译器 GraalVM,道理是一样的,这里就不再演示了,有兴趣的可以参考:

https://docs.spring.io/spring-native/docs/current/reference/htmlsingle/#getting-started-native-image

如果有使用 Docker,那第一种肯定是更好的方式,所有的依赖都打包到一个镜像中了,避免了环境污染。

最后总结一下就是,Spring Native 可以无需 JVM 运行,构建慢、启动快、内存占用少、运行优化少,另外还有很多 Java 特性受限,比如:反射、动态代理等都需要通过提前配置化,因为 Java 是一种动态链接的语言,原生应用都要提前编译,这个像反射、动态代理这种特性就会受限。

另外,目前 Spring Native 还处于 Beta 测试版本,现阶段肯定还会存在很多问题,未来可能也还会有变更,不过我会继续关注的,后续我也会更新更多 Java 系列最新技术实战文章,公众号Java技术栈第一时间推送。请大家持续关注哦!

本节所有内容都是参考官网最新文档,可谓是做了第一个吃螃蟹的人,觉得我的文章对你用收获的话,动动小手,给个在看、转发,原创不易,栈长需要你的鼓励。

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