【Spring云原生】Spring官宣，干掉原生JVM，推出 Spring Native！整体提升性能！Native镜像技术在Spring中的应用

2024-03-10 09:06:48 浏览数 (1)

Spring 团队发布了 Spring Native Beta 版。通过 Spring Native，Spring 应用将有机会与 GraalVM 原生镜像的方式运行。为了更好地支持原生运行，Spring Native 提供了 Maven 和 Gradle 插件，并且提供了优化原生配置的注解。 Spring 发布了 Spring Native 的 beta 版本，并在http://start.spring.io上运行它。 实际上，这意味着自Spring成立以来，除了Spring支持的常规Java虚拟机之外，我们还将添加Beta支持，以使用GraalVM将Spring应用程序编译到本机映像中，从而提供一种部署Spring应用程序的新方法。支持Java和Kotlin。

这些本机Spring应用程序可以部署为独立的可执行文件（无需安装JVM），并提供有趣的特性，包括几乎即时启动（通常<100ms），即时峰值性能和较低的内存消耗，但所需的构建时间和运行时优化次数少于JVM。

  1. 引言 Spring Native作为Spring框架的扩展，利用Native镜像技术实现了对Spring应用程序的编译优化，从而提升应用性能和启动速度。本文将介绍Spring Native的背景和动机，以及Native镜像技术的概念和原理。
  2. 原理

Native镜像技术是一种将Java应用程序编译成本地可执行文件的技术。它的原理是通过静态编译将整个Java应用程序及其依赖项转换为本地机器代码，从而实现更快的启动时间和较小的内存占用。

Spring Native的主要目标是通过将Spring应用程序编译为本地镜像，提供更快的启动时间、更低的内存消耗和更好的资源利用率。通过消除JVM启动和解释阶段的开销，Spring Native可以显著减少应用程序的启动时间，并减少内存占用。

应用：

Spring Native的优势包括：

  1. 更快的启动时间：通过将应用程序编译为本地镜像，减少了JVM启动和解释的时间，从而实现更快的应用程序启动。
  2. 较低的内存消耗：本地镜像消除了传统Java应用程序所需的JVM内存开销，减少了内存占用，提高了资源利用率。
  3. 更好的资源利用率：由于减少了内存消耗，Spring Native可以在有限的资源环境中更有效地运行，提供更好的可伸缩性和性能。

使用Spring Native

使用Spring Native扩展需要以下步骤：

  1. 安装GraalVM：首先，您需要安装GraalVM。您可以从GraalVM官方网站（https://www.graalvm.org）下载适合您操作系统的GraalVM发行版，并按照官方文档进行安装。
  2. 配置GraalVM：安装完成后，您需要将GraalVM设置为默认的JDK。您可以使用以下命令将GraalVM设置为默认JDK：
代码语言：javascript复制
$ gu install native-image
$ export PATH=$PATH:/path/to/graalvm/bin

添加Spring Native依赖：在您的Spring项目中，您需要添加Spring Native的依赖。在您的项目的pom.xml文件中，添加以下依赖：

代码语言：javascript复制
<dependency>
    <groupId>org.springframework.experimental</groupId>
    <artifactId>spring-graalvm-native</artifactId>
    <version>0.10.3</version>
</dependency>

配置Spring Native：您需要配置Spring Native插件以指定要编译为Native镜像的类和功能。您可以在您的项目的pom.xml文件中添加以下配置：

代码语言：javascript复制
<build>
    <plugins>
        <plugin>
            <groupId>org.springframework.experimental</groupId>
            <artifactId>spring-aot-maven-plugin</artifactId>
            <version>0.10.3</version>
            <executions>
                <execution>
                    <goals>
                        <goal>generate</goal>
                    </goals>
                </execution>
            </executions>
        </plugin>
    </plugins>
</build>
生成Native镜像：完成上述配置后，您可以使用以下命令生成Spring应用程序的Native镜像：
代码语言：javascript复制
$ mvn spring-aot:generate
$ mvn package -Pnative
生成的Native镜像将位于target目录下。通过将Spring应用程序编译为Native镜像，可以提高应用程序的性能

优化

  • 讨论替换动态特性和反射机制的方法

静态配置示例：在传统的使用Spring框架的应用程序中，通常使用XML配置文件或注解来配置Bean。这种静态配置的方式可以避免使用反射机制来实现动态的Bean实例化。

代码语言：javascript复制
@Configuration
public class AppConfig {
    @Bean
    public MyService myService() {
        return new MyServiceImpl(); // 明确地实例化Bean
    }
}

在上述示例中，通过在配置类中明确地实例化Bean，避免了使用反射机制。

明确的Bean实例化方式示例：在某些场景下，可以使用明确的实例化方式来代替反射机制。

代码语言：javascript复制
public class MyFactory {
    public static MyService createMyService() {
        return new MyServiceImpl(); // 明确地实例化Bean
    }
}

在上述示例中，通过使用静态工厂方法来明确地实例化Bean，避免了使用反射机制。

替代动态特性的示例代码如下：

静态代理示例：静态代理是一种替代动态代理的方式，可以在编译时生成代理类，避免在运行时使用反射机制。

代码语言：javascript复制
public interface MyService {
    void doSomething();
}

public class MyServiceImpl implements MyService {
    @Override
    public void doSomething() {
        // 实现具体的业务逻辑
    }
}

public class MyServiceProxy implements MyService {
    private MyService target;

    public MyServiceProxy(MyService target) {
        this.target = target;
    }

    @Override
    public void doSomething() {
        // 在调用目标对象之前或之后，可以添加额外的逻辑
        // ...
        target.doSomething();
        // 在调用目标对象之前或之后，可以添加额外的逻辑
        // ...
    }
}

编译时生成代码示例：在某些场景下，可以使用编译时生成代码的方式来替代动态加载类。

代码语言：javascript复制
public class MyClass {
    public void doSomething() {
        // 实现具体的业务逻辑
    }
}
直接在编译时定义了MyClass类，避免了在运行时使用反射机制来加载类。

部署和交付优化

  • Native镜像的部署可以直接使用常见的构建工具包括Docker和Buildah。
  • 使用构建好的Native镜像，可以在目标环境中进行部署和运行。这可以通过使用容器管理平台（如Docker Swarm或Kubernetes）来实现，也可以直接在本地或云环境中运行。

部署示例：

使用Docker进行部署示例代码：

代码语言：javascript复制
# Dockerfile
FROM scratch
COPY my_app /my_app
CMD ["/my_app"]

上述示例已经有一个名为 my_app 的本地机器代码可执行文件。在构建镜像时，将可执行文件复制到镜像中并设置其作为容器的默认命令。

构建Docker镜像的命令如下（假设 Dockerfile 和可执行文件在同一目录下）：

代码语言：javascript复制
docker build -t my_app_image .

运行Docker容器的命令如下：

代码语言：javascript复制
docker run -d my_app_image

这将在后台运行名为 my_app_image 的容器，并执行 my_app 可执行文件。

使用Buildah进行部署示例代码：

代码语言：javascript复制
# 构建本地镜像
buildah bud -t my_app_image .

# 创建容器
container=$(buildah from my_app_image)

# 将可执行文件复制到容器中
buildah copy $container my_app /my_app

# 设置容器的默认命令
buildah config --cmd ["/my_app"] $container

# 保存容器为镜像
buildah commit $container my_app_image

# 运行镜像
podman run -d my_app_image

与传统JVM调优的比较

  1. 编译方式：传统JVM调优主要关注在运行时对JVM进行优化，包括调整垃圾回收器、调整堆内存大小、调整线程池参数等。而Spring Native则采用了提前编译的方式，将应用程序及其依赖项编译为本地机器代码，以提高性能和启动时间。
  2. 依赖项处理：在传统JVM调优中，依赖项通常以JAR文件的形式打包，并在运行时通过类加载器进行动态加载。而Spring Native会对依赖项进行静态分析和静态链接，将它们与应用程序一起编译为本地机器代码，减少了依赖项的加载和解析时间。
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