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使用Spring Native、GraalVM构建Spring Boot原生镜像初体验

使用Spring Native、GraalVM构建Spring Boot原生镜像初体验

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yunfei wang
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随着Spring Boot 3.0的逐渐接近，在Java世界里使用高效的原生应用变的离我们越来越近，Java终于在速度和性能上要赶超C++、Go、Rust这类语言了。

Spring Boot 3.0将直接支持原生的应用，而Spring Boot 3.0以下使用Spring Native项目实现这个功能。

Spring生态的原生应用功能是通过GraalVM来实现的，我们先了解一下什么是GraalVM。

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1、什么是GraalVM

GraalVM 是一个高性能 JDK 发行版，它旨在加速用Java 和其他 JVM 语言编写的应用程序的执行，同时支持 JavaScript、Ruby、Python和许多其他流行语言。 GraalVM 的多语言功能可以在单个应用程序中混合多种编程语言，同时消除不同语言调用成本。

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CPU只能执行CPU能理解的机器码（machine code），所以无论什么程序要执行都要编译成机器码。而编译成机器码有两种方式：一种是预先编译（AOT），一种是运行时编译（JIT）。

预先编译（AOT）的语言如C、C++、go、Rust；而Java则使用的是运行时编译JIT。而Java生态的AOT是由GraalVM提供的。

而GraalVM同时拥有这两种运行模式：

JVM运行时模式：和常规的JVM运行程序一样，使用了一个优化的JIT编译器。

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  • Java编译器（javac）将Java应用源码编译成bytebode（.class文件，中间格式）；
  • JVM加载众多的应用Java类到内存里；
  • JVM的解释器（interpreter）在运行时将bytecode一行一行的解释成机器码（使用bytecode、机器码映射）;
  • JVM 持续使用计数器对代码进行分析，以计算代码执行的次数，如果计数器达到阈值，它会使用 JIT 编译器编译该代码成为机器码以进行优化，并将机器码存储在代码缓存中。

原生镜像模式：Native Image 是 GraalVM提供的一项创新技术，可以提前（ahead-of-time）将 Java 代码编译为独立的本机可执行文件，称为原生镜像。 在原生镜像构建期间处理的 Java 代码包括所有应用程序类、依赖项、来自 JDK 的运行时库类以及来自 JDK 的静态链接原生代码。 这个独立可执行的原生镜像特定于各个操作系统和体系结构，不需要 JVM 来运行。

原生镜像（native image）相对对于JVM具备启动极快、峰值性能更快、更少的内存占用等众多优点。

2、什么是Spring Native

Spring Native项目的目标是让Spring Boot代码几乎不做任何修改就能获得生成原生镜像（native image）的能力。而Spring Boot 3.0将直接支持这个能力。Spring Native使用GraalVM为Spring Boot生成原生镜像。

3、Spring Boot构建原生镜像

3.1、安装GraalVM

macOS：graalvm.org/22.1/docs/getting-started/macos

Linux：graalvm.org/22.1/docs/getting-started/linux

  • 安装native-image
    gu install native-image

    3.2、生成Spring Boot项目

    访问：start.spring.io，按图选择（注意一定要选择Spring Native依赖）：

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生成的项目和普通的Spring Boot项目的区别是添加了Spring Native插件和依赖：

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###3.3、添加基本演示

@SpringBootApplication
@RestController
public class FirstTasteSpringNativeApplication {

    @GetMapping("/")
    public String hello(){
        return "Hello,Spring Native";
    }

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

}

3.4 编译Spring Boot原生应用

有两种方式可以用来编译Spring Boot原生应用：

3.4.1 使用Spring Boot Buildpacks的支持编译包含原生可执行文件的轻量级容器

  • 安装docker desktop：docker.com/products/docker-desktop
  • gradle配置中关于buildpack的配置，build.gradle
    tasks.named('bootBuildImage') {
  builder = 'paketobuildpacks/builder:tiny'
  environment = ['BP_NATIVE_IMAGE': 'true']
}
  • 执行gradle的bootBuildImage任务

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  • 最终生成一个docker镜像（编译时间较长）

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  • 运行这个镜像（启动时间极快，只耗时51ms）
docker run --rm -p 8080:8080 first-taste-spring-native:0.0.1-SNAPSHOT

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3.4.2 使用GraalVM原生构建工具

  • 运行gradle的nativeCompile任务

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  • 编译过程耗时5分钟

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  • 在“build/native/nativeCompile/first-taste-spring-native”下生成了原生可执行的文件（我使用的是macOS，Windows应该是exe）

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  • 执行二进制文件（启动时间为92毫秒）
    cd build/native/nativeCompile/
./first-taste-spring-native

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结语

本文快速的带大家了解了Spring Native和GraalVM，并用简单的快速示例演示了在Spring Boot下如何使用。下一篇我准备演示一下如何在k8s上来使用Spring Native，敬请关注。

SpringbootSpringSpring Native