在GraalVM中部署运行Spring Boot应用 - Indrek Ots

20-01-13 banq

GraalVM是一种高性能的多语言虚拟机,用于运行以JavaScript等基于LLVM的各种语言编写的应用程序。对于Java应用也可作为通常JVM的替代,它更具有性能优势。GraalVM带来的一个有趣功能是它能够在创建JVM应用程序的提前编译(create ahead-of-time:AOT)本机镜像,从而保证了更快的启动时间和更低的内存占用。在本文中,我们将重点介绍如何创建Spring应用的本机二进制文件。

GraalVM Native Image 101

Java应用程序使用编译为字节码javac。在应用程序运行时,JVM将类文件加载到内存中,并分析程序的性能以获取热点。因此名称为“ HotSpot JVM ”。在刚刚在时间(JIT)编译器编译这些重复执行为本机代码应用程序的部分。 但是,JIT编译需要处理器时间和内存,这会影响应用程序的启动时间。

GraalVM原生本机镜像能提前将 JVM应用程序编译为当前机器的机器代码。它静态分析应用程序的字节码,找到所有可以访问的类和方法,并将它们编译为本地可执行文件。输出是特定于平台的可执行二进制文件。

例如,让我们从以下“ Hello World”程序构建原生镜像。

class HelloWorld {
  public static void main(String[] args) {
    System.out.println("Hello World");
  }
}

首先,我们需要使用 javac:

$ javac HelloWorld.java

然后用native-image将这个类文件构建成可执行二进制文件。

$ native-image HelloWorld

要启动应用程序,只需:

$ ./helloworld
 Hello World

本机镜像Java限制

GraalVM本机镜像静态分析是需要假设在封闭世界的前提下。它需要在镜像生成期间提前知道所有可能访问的字节码。因此,并非所有Java功能都受支持:例如,不支持动态类的加载/卸载。反射需要配置。CGLIB代理不适用,但是却支持JDK代理,还需要配置。此外,您还需要告诉本机镜像有关所有资源访问的信息。

配置以JSON文档的形式提供。例如,要配置反射,您可以创建以下文件,并使用-H:ReflectionConfigurationFiles命令行标志来指定命令的文件位置native-image。

[
  { "name":"java.lang.Object" },
  { "name":"org.apache.naming.factory.ResourceFactory", "methods" : [{"name": "<init>","parameterTypes":[]}] },
  ...
]

配置动态代理、JNI和资源访问时都需要创建类似的文件来。但是,手工完成所有这些工作需要很多工作,尤其是在我们处理大型应用程序时。幸运的是,有一个Java代理可以生成配置。它观察在JVM中运行的应用程序的行为,并生成生成本机映像所需的配置文件。

要获得完整的配置文件集,您需要在应用程序中使用所有代码路径。具有100%覆盖率的测试套件可以解决问题,但实际上,测试套件永远不会测试所有路径。因此,也可能需要手动修改这些配置文件。

Spring和GraalVM本机映像

从Spring Framework 5.1 开始,提供了对GraalVM本机映像的初始支持。 5.2开发周期的重点是改进集成和全面支持,而不需要额外的配置或变通办法,这是即将到来的Spring Framework 5.3发行版的主题之一

在spring-graal-nativeGithub上库展示了如何从Spring启动应用程序构建本地镜像的例子。该项目实施了GraalFeature,在配置反射,代理等方面承担了繁重的工作。

看看Spring Boot带有Tomcat的Spring MVC示例:请记住,在撰写本文时,该示例期望您正在使用GraalVM 19.2.1,并且已native-image安装插件。在构建示例之前,我们需要编译Spring Graal Feature。github存储库根目录具有一个bash脚本来执行此操作。

$ ./build-feature.sh 
完成后,让我们转到Spring MVC example文件夹并执行compile.sh。它使用Maven构建Spring应用程序,然后生成GraalVM本机映像。该native-image命令随Spring Graal功能部件的位置以及各种配置文件一起提供。请注意,本机映像生成比常规Maven构建花费的时间要长得多。另外,该进程喜欢使用大量RAM。完成后,导航到该target文件夹并启动应用程序

 

$ ./springmvc-tomcat
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 :: Spring Boot ::

...

INFO: Started TomcatApplication in 0.054 seconds (JVM running for 0.057)

 注意0.054秒的快速启动时间。为了进行比较,在JVM中运行应用程序时,报告的启动时间为1.455秒。

总结

GraalVM本机映像使我们能够构建提前编译的JVM应用程序,这些应用程序启动速度非常快,并且使用的内存更少。这对于短暂的过程绝对是有用的,尤其是在无服务器的情况下(按毫秒计费)。

由于类路径扫描和自动配置,Spring Boot应用程序在启动期间非常占用CPU。当在共享主机上同时启动多个Spring Boot应用程序时,它们开始争夺CPU,启动时间增加。编排工具甚至可能终止进程,因为它们启动得不够快。快速启动的提前编译的Spring Boot应用程序可能是该问题的答案。

容器化的Spring Boot应用程序也会有所收获。由于本机二进制文件具有所需的一切,因此不再需要将JRE烘焙到容器中。我们可以构建较小的Docker映像

一些以微服务为重点的框架已经利用了本机图像功能(例如QuarkusMicronautHelidon)。尽管Spring Boot尚未完全支持本机映像生成,但我认为它将是该框架的重要补充。 

                   

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