Spring Native 0.11.1入门体验

2024-02-22 16:56:28

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前言
Spring Native是什么
实战

前言

最近用Spring Alibaba做了一个微服务的项目，部署的时候遇到了难题：内存不够。目前该项目有7个微服务，因为我只有一台阿里云的服务器（2C 4G），我只能把所有的微服务全部部署在一台服务器上（经济条件有限），部署方式是使用docker制作springboot的jar文件镜像，每个微服务在不加任何JVM调优参数的情况下所占内存约500M，由于是微服务所以肯定还要部署：nacos，除此之外还用到了redis、sentinel、rocketmq、elk等（mysql买的阿里云的），光是运行这些应用内存就有2个多G，剩下的1个多G内存在部署4个微服务后就满了，于是开始对springboot应用的内存进行初步优化：
添加JVM参数优化内存大小

# JVM初始分配的内存由-Xms指定，默认是物理内存的1/64
-Xms128m
# JVM最大分配的内存由-Xmx指定，默认是物理内存的1/4
-Xmx128m
# 规定了每个线程虚拟机栈及堆栈的大小，一般情况下，256k是足够的，此配置将会影响此进程中并发线程数的大小。
-Xss256k
# 指定并行GC线程的数量，一般最好和CPU核心数量相当
-XX:ParallelGCThreads=2

默认空余堆内存小于40%时，JVM就会增大堆直到-Xmx的最大限制；空余堆内存大于70%时，JVM会减少堆直到 -Xms的最小限制。
因此服务器一般设置-Xms、-Xmx相等以避免在每次GC 后调整堆的大小。对象的堆内存由称为垃圾回收器的自动内存管理系统回收。
默认情况下，当 CPU 数量小于8， ParallelGCThreads 的值等于 CPU 数量，我的服务器是2C的所以这个参数可省略。
配置完成后，启动服务发现内存确实变小了，由原来的500M降至100~200M，但不是我想要的效果，我期望的效果是达到几十M的级别。
经网上查阅大量资料得知可以使用Spring Native这门新技术来实现我的需求。（该技术正处于快速迭代阶段，变动较大，建议用于个人学习，不要用于生产）
SpringBoot项目使用Spring Native后：
1 应用启动速度特别快，毫秒级别
2 运行时更低的内存消耗，官方展示的含有Spring Boot, Spring MVC, Jackson, Tomcat的镜像大小是50M
3 为了达到前面的效果，代价是构建时间更长（即使是一个Hello Word构建也需要2分钟）（主要取决于电脑配置，我的是2min左右）

Spring Native是什么

简而言之就是为了提高Java在云原生的竞争力。

以下内容摘抄自GitHub上Spring Native的自述文件：
Spring Native 为使用GraalVM 原生映像编译器将 Spring 应用程序编译为原生可执行文件提供 beta 支持，以提供通常设计为打包在轻量级容器中的原生部署选项。实际上，目标是在这个新平台上支持几乎未修改的 Spring Boot 应用程序。

以下内容摘抄自其他博客：
近几年“原生”一词一直泛滥在云计算、边缘计算等领域中，而原生宠幸的语言也一直都是Golang，Rust等脱离Sandbox运行的开发语言。Java得益于上世纪流行的一次编译，到处执行的理念，流行至今，但也因为这个原因，导致Java程序脱离不了JVM运行环境，使得不那么受原生程序的青睐。在云原生泛滥的今天，臃肿的JVM使Java应用程序对比其他语言显得无比的庞大，各路大神也想了很多方式让Java变的更“原生”。

实战

本次实战相关的环境信息如下：
OS：Windows10 21H1
IDE：IntelliJ IDEA 2021.2.3
JDK：graalvm-ce-java11-21.3.0
Maven：3.6.3
Docker Desktop for Windows: 20.10.12
Spring Boot：2.6.2
Spring Native：0.11.1

从官方文档得知（上图）
使用 Spring Native 的应用程序应该使用 Java 11 或 Java 17 编译。
构建 Spring Boot 原生应用程序有两种主要方法：
1 使用Spring Boot Buildpacks 支持生成包含本机可执行文件的轻量级容器。
2 使用GraalVM 原生镜像 Maven 插件支持生成原生可执行文件。

经过各种踩坑后在本机上成功的使用了方法1和方法2，得出以下结论：
简单来说，方法1就是在SpringBoot2.3后，可以使用spring-boot-maven-plugin插件来构建docker镜像，使用mvn spring-boot:build-image命令结合Docker的API来实现Spring Boot 原生应用程序的构建，成功执行后会直接生成一个docker镜像，然后run这个镜像就可以了，不用我们再写Dockerfile了，相关的参数配置都在pom.xml中配置(该插件的configuration标签下，用过fabric8或spotify的docker-maven-plugin很容易上手)。
方法2不需要安装docker，但要安装Visual Studio，然后执行mvn -Pnative package命令后会生成一个可执行文件(.exe)，运行即可。

主要区别如下
1 环境依赖不同。方法1需要安装Docker，方法2需要安装Visual Studio(需要用到部分单个组件：2个MSVC，1个Windows 10 SDK)
2 maven命令不同。方法1是mvn spring-boot:build-image，方法2是mvn -Pnative package

因为项目最终是使用Docker部署的而不是exe文件，所以方法1正好符合我的需求，所以后文使用Spring Boot Buildpacks的方式构建Spring Boot原生应用程序。

1 安装Graal VM(graalvm-ce-java11-windows-amd64)

官方下载地址：https://www.graalvm.org/downloads/

2 配置环境变量

针对方法1的话，上面三张图好像只用配置JAVA_HOME就行，想一次成功的话建议3个都配，后续可以自行测试。

检验是否安装成功

3 安装native-image

打开新的cmd，输入以下命令，等待安装

gu install native-image

这一步我执行失败了，解决方法就是从github上手动下载native-image，然后解压、安装
https://github.com/graalvm/graalvm-ce-builds/releases/download/vm-21.3.0/native-image-installable-svm-java11-windows-amd64-21.3.0.jar
jar用WinRAR也是可以解压的，解压后如下

在bin目录下打开cmd，输入以下命令，等待安装

$ gu install -L native-image*

4 安装 Desktop for Windows

具体步骤略，按照官方文档操作即可：https://docs.docker.com/desktop/windows/install/

5 配置pom.xml

前面都是准备工作，这一步开始才是重点
首先快速创建一个Spring Boot项目，我命名为spring-native
完整的pom如下

<?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>2.6.2</version>
        <relativePath/> <!-- lookup parent from repository -->
    </parent>
    <groupId>ltd.pcdd</groupId>
    <artifactId>spring-native</artifactId>
    <version>0.0.1-SNAPSHOT</version>
    <name>spring-native</name>
    <description>spring-native</description>
    <properties>
        <java.version>11</java.version>
        <repackage.classifier/>
        <spring-native.version>0.11.1</spring-native.version>
    </properties>

    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
        </dependency>
        
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.experimental</groupId>
            <artifactId>spring-native</artifactId>
            <version>${spring-native.version}</version>
        </dependency>
    </dependencies>

    <build>
        <plugins>
            <plugin>
                <groupId>org.springframework.experimental</groupId>
                <artifactId>spring-aot-maven-plugin</artifactId>
                <version>0.11.1</version>
                <executions>
                    <execution>
                        <id>generate</id>
                        <goals>
                            <goal>generate</goal>
                        </goals>
                    </execution>
                </executions>
            </plugin>

            <!--Spring Boot 2.3发布后带来了新特性之一就是对构建镜像的便捷支持-->
            <plugin>
                <groupId>org.springframework.boot</groupId>
                <artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>
                <configuration>
                    <image>
                        <builder>paketobuildpacks/builder:tiny</builder>
                        <env>
                            <BP_NATIVE_IMAGE>true</BP_NATIVE_IMAGE>
                        </env>
                    </image>
                </configuration>
            </plugin>
        </plugins>
    </build>

    <repositories>
        <repository>
            <id>spring-release</id>
            <name>Spring release</name>
            <url>https://repo.spring.io/release</url>
        </repository>
    </repositories>

    <pluginRepositories>
        <pluginRepository>
            <id>spring-release</id>
            <name>Spring release</name>
            <url>https://repo.spring.io/release</url>
        </pluginRepository>
    </pluginRepositories>

</project>

本文介绍的是Spring Native0.11.1版本，其对应的Spring Boot版本必须是2.6.2，以上只是一个最基本的配置案例，实际开发中还需要在spring-boot-maven-plugin插件的configuration标签下配置其他许许多多的参数，例如docker远程的地址和证书的路径、jvm调优参数、配置文件指定、docker镜像名端口仓库地址等等，最好的方法就是看spring-boot-maven-plugin的官方文档，这里以配置jvm参数为例

通过官方文档(使用了chrome自带的翻译功能)得知只需要在configuration标签下配置即可，例如

<image>
	<builder>paketobuildpacks/builder:tiny</builder>
	<env>
		<BP_NATIVE_IMAGE>true</BP_NATIVE_IMAGE>
		<BPE_DELIM_JAVA_TOOL_OPTIONS xml:space="preserve"> </BPE_DELIM_JAVA_TOOL_OPTIONS>
		<BPE_APPEND_JAVA_TOOL_OPTIONS>-Xms128m</BPE_APPEND_JAVA_TOOL_OPTIONS>
		<BPE_APPEND_JAVA_TOOL_OPTIONS>-Xmx128m</BPE_APPEND_JAVA_TOOL_OPTIONS>
		<BPE_APPEND_JAVA_TOOL_OPTIONS>-Xss256k</BPE_APPEND_JAVA_TOOL_OPTIONS>
		<BPE_APPEND_JAVA_TOOL_OPTIONS>-XX:ParallelGCThreads=2</BPE_APPEND_JAVA_TOOL_OPTIONS>
		<BPE_APPEND_JAVA_TOOL_OPTIONS>-XX:+PrintGCDetails</BPE_APPEND_JAVA_TOOL_OPTIONS>
	</env>
</image>

其他的配置参数还要很多，官方文档：https://docs.spring.io/spring-boot/docs/2.6.2/maven-plugin/reference/htmlsingle/#build-image

6 执行maven命令

mvn clean
mvn '-Dmaven.test.skip=true' spring-boot:build-image

下载完相关依赖后，电脑风扇就开始呼呼的转，查看任务管理器发现CPU利用率100%，内存使用量飙升，最后稳定在90%+，
构建成功

7 创建并运行Docker容器

查看所有镜像

spring-native就是构建的镜像
创建并运行容器
在Docker Desktop查看，发现应用成功启动，启动仅耗时0.059s，也就是59ms，果然印证了Spring Native启动是毫秒级别这句话。

调用接口，成功

在Docker Desktop查看占用内存，仅28M左右

不使用Spring Native启动应用

启动耗时3s，占用内存高达511M，高下立判。
文章仅供参考，建议结合Spring Native官方最新文档学习。
https://docs.spring.io/spring-native/docs/current/reference/htmlsingle/index.html