Spring Boot 基於 GraalVM 構建

背景

容器化、函數式、低代碼、雲原生各種概念和技術層出不窮，無奈，與時俱進，跟進研究，發現 Quarkus 最近比較火爆，抽空研究了一下，這就引出了本文的豬腳: GraalVM ，口號是:Run Programs Faster Anywhere

簡介

GraalVM Native Image是由Oracle Labs開發的一種AOT編譯器，支持基於JVM的高級語言，如Java, Scala, Clojure, Kotlin。Native Image以Java bytecode作為輸入，將所有應用所需的class依賴項及runtime庫打包編譯生成一個單獨可執行文件。具有高效的startup及較小的運行時內存開銷的優勢。

與傳統的Java虛擬機不同，Native Image是封閉式的靜態分析和編譯，不支持class的動態加載，程序運行所需要的多有依賴項均在靜態分析階段完成。此外GraalVM Native Image運行在一個名為SubstrateVM的輕量級的虛擬機之上。雖說是輕量級虛擬機，SubstrateVM卻擁有運行Java程序所必需的所有組件，包括deoptimizer、gc及thread scheduling等。 目前GraalVM Native Image並沒有完全支持多有的Java動態特性，如不支持class動態加載。 感興趣的童鞋可以點擊去看看，這里就不過多介紹了。

本文不涉及 GraalVM 的安裝和部署，只實踐 SpringBoot 基於 GraalVM 的構建

SpringBoot 從 2.3 開始，已經支持 GraalVM 打包。

目標

• 構建一個基本的 SpringBoot 項目
• 分別使用普通 jar 和 Native-image 方式打包，對比資源占用情況。

搭建基礎項目

用你熟悉的工具搭建一個基本的 SpringBoot 項目

 

@Data
@Accessors(chain = true)
public class CatDTO implements Serializable {
    private String id;
    private String name;
    private Integer age;
}

 實現基本增刪改查 API(模擬)

@RestController
@Slf4j
@RequestMapping("/cats")
public class CatController {


    @PostMapping
    public CatDTO save(@RequestBody @Validated CatDTO param) {
        return param;
    }

    @DeleteMapping("/{id}")
    public ResponseEntity delete(@PathVariable String id) {
        return ResponseEntity.ok("Success" + id);
    }

    @PutMapping
    public CatDTO update(@RequestBody @Validated CatDTO param) {
        return param;
    }

    @GetMapping
    public ResponseEntity list(CatDTO param, Pageable page) {
        return ResponseEntity.ok("列表查看");
    }

    @GetMapping("/{id}")
    public CatDTO getById(@PathVariable String id) {
        return new CatDTO();
    }

}

 

其他代碼省略，感興趣的童鞋請參考 : 示例代碼

打包運行

打包

$ ./mvnw package

運行

$ cd target
$ java -jar graalvm-demo-0.0.1-SNAPSHOT.jar

留意一下啟動時間，我本機的是:

。。。。。。。
Started GraalvmDemoApplication in 1.774 seconds (JVM running for 2.212)

可以看到，啟動用了將近 2 秒鍾。 如果引入數據庫、MQ等，肯定還會更多。

再看看內存使用情況:

命令:

$ ps aux | grep graalvm-demo | awk '{print $1 "t" $2 "t" $3 "t" $4 "t" $5 "t" $6/1024"MB" "t" $11$12$13$14$15$16$17$18 }'

結果:
51460	0.0	2.9	10508892	473.863MB	/usr/bin/java-jargraalvm-demo-0.0.1-SNAPSHOT.jar

473.863MB ,就這么簡單個功能的應用，將近 500MB 內存沒了。這個資源占用，不小！ 相比之下，PHP、C#、甚至 Nodejs 實現同樣功能，哪個都沒 Java 吃的多~~妥妥的干飯專家....

使用 GraalVM 打包

GraalVM的安裝，請參考官方文檔，本文不做介紹。

安裝完畢后，記得安裝 native-image 本地映像打包插件。安裝命令:

gu install native-image

本例中具體環境如下:

// GraalVM 版本
$ java -version
openjdk version "1.8.0_282"
OpenJDK Runtime Environment (build 1.8.0_282-b07)
OpenJDK 64-Bit Server VM GraalVM CE 20.3.1 (build 25.282-b07-jvmci-20.3-b09, mixed mode)

調整示例項目

為了使用 GraalVM 打包，SpringBoot 項目需要進行一些調整

修改啟動類

//@SpringBootApplication
//這里proxyBeanMethods方法代理關閉
@SpringBootApplication(proxyBeanMethods = false)
public class GraalvmDemoApplication {

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

}

 

修改 pom.xml

SringBoot 提供了 GraalVM Native 打包的 Maven 插件，可通過如下方式引入:

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
         xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 https://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>
    <parent>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId>
        <version>2.4.2</version>
        <relativePath/> <!-- lookup parent from repository -->
    </parent>
    <groupId>com.luter</groupId>
    <artifactId>graalvm-demo</artifactId>
    <version>0.0.1-SNAPSHOT</version>
    <name>graalvm-demo</name>
    <description>Demo project for Spring Boot</description>
    <properties>
        <java.version>1.8</java.version>
    </properties>
    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.projectlombok</groupId>
            <artifactId>lombok</artifactId>
            <optional>true</optional>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
            <scope>test</scope>
        </dependency>
        <!--        graalvm 打包 插件-->
        <dependency>
            <groupId>org.springframework</groupId>
            <artifactId>spring-context-indexer</artifactId>
            <optional>true</optional>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.experimental</groupId>
            <artifactId>spring-graalvm-native</artifactId>
            <version>0.8.3</version>
        </dependency>
    </dependencies>
    <!--    graalvm 插件不在中央庫，所以還需要指定 repository-->
    <repositories>
        <repository>
            <id>spring-milestones</id>
            <name>Spring Milestones</name>
            <url>https://repo.spring.io/milestone</url>
        </repository>
    </repositories>
    <pluginRepositories>
        <pluginRepository>
            <id>spring-milestones</id>
            <name>Spring Milestones</name>
            <url>https://repo.spring.io/milestone</url>
        </pluginRepository>
    </pluginRepositories>
    <build>
        <plugins>
            <plugin>
                <groupId>org.springframework.boot</groupId>
                <artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>
                <configuration>
                    <excludes>
                        <exclude>
                            <groupId>org.projectlombok</groupId>
                            <artifactId>lombok</artifactId>
                        </exclude>
                    </excludes>
                </configuration>
            </plugin>
        </plugins>
    </build>
    <profiles>
        <!--        加一個 native 打包的 配置-->
        <profile>
            <id>native</id>
            <build>
                <plugins>
                    <plugin>
                        <groupId>org.graalvm.nativeimage</groupId>
                        <artifactId>native-image-maven-plugin</artifactId>
                        <version>20.3.1</version>
                        <configuration>
                            <mainClass>com.luter.graalvmdemo.GraalvmDemoApplication</mainClass>
                            <buildArgs>-Dspring.native.remove-yaml-support=false
                                -Dspring.spel.ignore=true
                            </buildArgs>
                        </configuration>
                        <executions>
                            <execution>
                                <goals>
                                    <goal>native-image</goal>
                                </goals>
                                <phase>package</phase>
                            </execution>
                        </executions>
                    </plugin>
                    <plugin>
                        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
                        <artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>
                    </plugin>
                </plugins>
            </build>
        </profile>
    </profiles>
</project>

 

Native 打包

打包命令:

$ ./mvnw -P native package

會顯示如下信息:

[com.luter.graalvmdemo.graalvmdemoapplication:49751]    classlist:   6,378.68 ms,  2.20 GB
   _____                     _                             _   __           __     _              
  / ___/    ____    _____   (_)   ____    ____ _          / | / /  ____ _  / /_   (_) _   __  ___ 
  __     / __   / ___/  / /   / __   / __ `/         /  |/ /  / __ `/ / __/  / / | | / / / _ 
 ___/ /   / /_/ / / /     / /   / / / / / /_/ /         / /|  /  / /_/ / / /_   / /  | |/ / /  __/
/____/   / .___/ /_/     /_/   /_/ /_/  __, /         /_/ |_/   __,_/  __/  /_/   |___/  ___/ 
        /_/                            /____/                                                     
Removing unused configurations
Verification turned on
Removing XML support
Removing SpEL support
Removing JMX support
Use -Dspring.native.verbose=true on native-image call to see more detailed information from the feature
[com.luter.graalvmdemo.graalvmdemoapplication:49751]        (cap):   3,263.36 ms,  2.51 GB
feature operating mode: reflection (spring init active? false)
Found #15 types in static reflection list to register
Skipping #12 types not on the classpath
Attempting proxy registration of #12 proxies
Skipped registration of #4 proxies - relevant types not on classpath
[com.luter.graalvmdemo.graalvmdemoapplication:49751]        setup:  12,937.89 ms,  2.93 GB


。。。。。。。。


[com.luter.graalvmdemo.graalvmdemoapplication:49751]     (clinit):   3,141.89 ms,  5.59 GB
[com.luter.graalvmdemo.graalvmdemoapplication:49751]   (typeflow):  73,234.16 ms,  5.59 GB
[com.luter.graalvmdemo.graalvmdemoapplication:49751]    (objects):  92,334.47 ms,  5.59 GB
[com.luter.graalvmdemo.graalvmdemoapplication:49751]   (features):  18,891.77 ms,  5.59 GB
[com.luter.graalvmdemo.graalvmdemoapplication:49751]     analysis: 196,029.89 ms,  5.59 GB
[com.luter.graalvmdemo.graalvmdemoapplication:49751]     universe:   5,281.74 ms,  5.62 GB
[com.luter.graalvmdemo.graalvmdemoapplication:49751]      (parse):  17,570.40 ms,  5.28 GB
[com.luter.graalvmdemo.graalvmdemoapplication:49751]     (inline):  23,751.47 ms,  7.13 GB
[com.luter.graalvmdemo.graalvmdemoapplication:49751]    (compile):  73,916.12 ms,  7.74 GB
[com.luter.graalvmdemo.graalvmdemoapplication:49751]      compile: 123,244.44 ms,  7.74 GB
[com.luter.graalvmdemo.graalvmdemoapplication:49751]        image:  15,852.33 ms,  7.83 GB
[com.luter.graalvmdemo.graalvmdemoapplication:49751]        write:   3,908.93 ms,  7.83 GB
[com.luter.graalvmdemo.graalvmdemoapplication:49751]      [total]: 371,061.00 ms,  7.83 GB
[INFO]
[INFO] --- spring-boot-maven-plugin:2.4.2:repackage (repackage) @ graalvm-demo ---
[INFO] Replacing main artifact with repackaged archive
[INFO] ------------------------------------------------------------------------
[INFO] BUILD SUCCESS
[INFO] ------------------------------------------------------------------------
[INFO] Total time:  06:21 min
[INFO] Finished at: 2021-01-27T12:52:16+08:00
[INFO] ------------------------------------------------------------------------

這一步還是比較慢的，我本機用了將近 4 分鍾,請耐心等待.打包完畢后，target 目錄下會出現運行文件: com.luter.graalvmdemo.graalvmdemoapplication，這個文件 57.6MB ，普通 Fat Jar 方式打包文件:graalvm-demo-0.0.1-SNAPSHOT.jar 17.7MB，大了三倍多

運行 :

$ ./com.luter.graalvmdemo.graalvmdemoapplication

  .   ____          _            __ _ _
 / / ___'_ __ _ _(_)_ __  __ _    
( ( )___ | '_ | '_| | '_ / _` |    
 /  ___)| |_)| | | | | || (_| |  ) ) ) )
  '  |____| .__|_| |_|_| |___, | / / / /
 =========|_|==============|___/=/_/_/_/
 :: Spring Boot ::                (v2.4.2)

2021-01-27 13:31:04.357  INFO 51785 --- [           main] c.l.graalvmdemo.GraalvmDemoApplication   : Starting GraalvmDemoApplication v0.0.1-SNAPSHOT using Java 1.8.0_282 on localhost with PID 51785 (/opt/luter/develop/temp/graalvm-demo/target/com.luter.graalvmdemo.graalvmdemoapplication started by clt in /opt/luter/develop/temp/graalvm-demo/target)
2021-01-27 13:31:04.357  INFO 51785 --- [           main] c.l.graalvmdemo.GraalvmDemoApplication   : No active profile set, falling back to default profiles: default
2021-01-27 13:31:04.387  INFO 51785 --- [           main] o.s.b.w.embedded.tomcat.TomcatWebServer  : Tomcat initialized with port(s): 10000 (http)
Jan 27, 2021 1:31:04 PM org.apache.coyote.AbstractProtocol init
INFO: Initializing ProtocolHandler ["http-nio-10000"]
Jan 27, 2021 1:31:04 PM org.apache.catalina.core.StandardService startInternal
INFO: Starting service [Tomcat]
Jan 27, 2021 1:31:04 PM org.apache.catalina.core.StandardEngine startInternal
INFO: Starting Servlet engine: [Apache Tomcat/9.0.41]
Jan 27, 2021 1:31:04 PM org.apache.catalina.core.ApplicationContext log
INFO: Initializing Spring embedded WebApplicationContext
2021-01-27 13:31:04.390  INFO 51785 --- [           main] w.s.c.ServletWebServerApplicationContext : Root WebApplicationContext: initialization completed in 33 ms
2021-01-27 13:31:04.401  INFO 51785 --- [           main] o.s.s.concurrent.ThreadPoolTaskExecutor  : Initializing ExecutorService 'applicationTaskExecutor'
Jan 27, 2021 1:31:04 PM org.apache.coyote.AbstractProtocol start
INFO: Starting ProtocolHandler ["http-nio-10000"]
2021-01-27 13:31:04.408  INFO 51785 --- [           main] o.s.b.w.embedded.tomcat.TomcatWebServer  : Tomcat started on port(s): 10000 (http) with context path ''
2021-01-27 13:31:04.408  INFO 51785 --- [           main] c.l.graalvmdemo.GraalvmDemoApplication   : Started GraalvmDemoApplication in 0.066 seconds (JVM running for 0.068)

這個啟動太順滑了，回車后，幾乎是秒開，用時0.066秒。傳統 Fatjar 方式啟動用時:1.774秒，20 多倍的提升。試想一下，一個動不動啟動半分鍾的大型項目上雲，是不是很激動人心?

再看看內存占用情況:

//命令

$ ps aux | grep com.luter.graalvmdemo.graalvmdemoapplication | grep S+ | awk '{print $1 "t" $2 "t" $3 "t" $4 "t" $5 "t" $6/1024"MB" "t" $11 }'

//結果
51785	0.0	0.3	4526816	53.8711MB	./com.luter.graalvmdemo.graalvmdemoapplication

內存占用:53.8711MB ,相比較傳統 FatJar 的 473.863MB ，差不多 10 倍。 從啟動速度到資源占用，都大幅度降低了，這對降低部署成本，還是很有幫助的。

結語

本文示例代碼

整個過程，還是比較折騰的，尤其是 Graalvm 的安裝，網絡的原因，比較卡比較慢。 還有就是，由於不支持 CGLIB 的動態代理了，很多 SpringBoot的自動配置功能無法使用，

如果你的項目對 SpringBoot 的各項特性依賴很強，謹慎入坑。否則，你也可以考慮一下:Quarkus。

官網有專門文檔介紹支持情況,有興趣的童鞋可以自行去查看。