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

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。


![image.png](https://cdn.hashnode.com/res/hashnode/image/upload/v1658886757396/Zo5ggwvlJ.png align="left")

- 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
- 安装GraalVM和安装常规的Java虚拟机的方式是一致的，具体可查看：
Windows：https://www.graalvm.org/22.1/docs/getting-started/windows/

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

Linux：https://www.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：https://start.spring.io/，按图选择（注意一定要选择Spring Native依赖）：

![image.png](https://cdn.hashnode.com/res/hashnode/image/upload/v1658886986502/QFyOIOMAb.png align="left")

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：

![image.png](https://cdn.hashnode.com/res/hashnode/image/upload/v1658887020736/GYsliJ7Bo.png align="left")

###3.3、添加基本演示
```java
@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：https://www.docker.com/products/docker-desktop/
- gradle配置中关于buildpack的配置，build.gradle
```groovy
tasks.named('bootBuildImage') {
	builder = 'paketobuildpacks/builder:tiny'
	environment = ['BP_NATIVE_IMAGE': 'true']
}
```
- 执行gradle的bootBuildImage任务

![image.png](https://cdn.hashnode.com/res/hashnode/image/upload/v1658887104993/dpmbBbu0z.png align="left")

- 最终生成一个docker镜像（编译时间较长）

![image.png](https://cdn.hashnode.com/res/hashnode/image/upload/v1658887122549/5ZR9FUgwW.png align="left")

- 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
```

![image.png](https://cdn.hashnode.com/res/hashnode/image/upload/v1658887160597/VF97Wzhgw.png align="left")


![image.png](https://cdn.hashnode.com/res/hashnode/image/upload/v1658887168676/-y2KavDjd.png align="left")

#### 3.4.2 使用GraalVM原生构建工具
- 运行gradle的nativeCompile任务

![image.png](https://cdn.hashnode.com/res/hashnode/image/upload/v1658887196728/dWYC9a8AV.png align="left")

- 编译过程耗时5分钟

![image.png](https://cdn.hashnode.com/res/hashnode/image/upload/v1658887211091/3e0NviHj4.png align="left")

- 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）

![image.png](https://cdn.hashnode.com/res/hashnode/image/upload/v1658887230078/G-v6NjYJ4.png align="left")

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

![image.png](https://cdn.hashnode.com/res/hashnode/image/upload/v1658887494575/mKWVPLlF1.png align="left")

![image.png](https://cdn.hashnode.com/res/hashnode/image/upload/v1658887501225/9qg-bCYmN.png align="left")

## 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。