云原生应用之--SpringNative 实战

简介: 云原生应用之--SpringNative 实战

1.1 Graalvm

1.1.1 简介

GraalVM 是一种高性能运行时,可显着提高应用程序性能和效率,非常适合微服务. 对于 Java 程序 GraalVM 负责将 Java 字节码编译成机器码,映像生成过程使用静态分析来查找可从主 Java 方法访问的任何代码,然后执行完全提前 (AOT) 编译。生成的本机二进制文件包含机器代码形式的整个程序,以便立即执行。

1.

1.1.2 环境准备

  • Brew 安装

  brew install --cask graalvm/tap/graalvm-ce-lts-java11

  gu install native-image

1.2.1.2.

复制

  • 下载安装
  1. 下载 GraalVM : https://www.graalvm.org/downloads/
  2. 配置环境变量:JAVA_HOME 和 PATH
  3. 运行 gu install native-image

1.1.3 运行 demo

// 创建 HelloWorld.java 文件

public class HelloWorld {

   public static void main(String[] args) {

   

       System.out.println("Hello, World!");

   }

}

// 执行编译

javac HelloWorld.java

native-image HelloWorld

//运行

./helloworld

Hello, World!

1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.13.1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.13.

复制

1.2 Spring Native

1.2.1 简介

Spring Native 原生镜像可以在许多场景下降低工作负载,包括微服务,函数式服务,非常适合容器和 Kubernetes。优点:快速启动,提高峰值性能以及降低内存消耗缺点:构建过程慢, 预热后的运行时优化少常规 JVM 和此本机映像平台之间的主要区别:

  • 在构建时会从主入口点对应用程序进行静态分析。
  • 在构建时将未使用的零件删除。
  • 反射,资源和动态代理需要配置。
  • 类路径在构建时是固定的。
  • 没有类延迟加载:可执行文件中附带的所有内容都将在启动时加载到内存中。
  • 一些代码将在构建时运行。
  • 一些 Java 切面类的特性未得到完全支持。组成模块Spring Native 由以下模块组成:
  • spring-native:运行Spring Native所需的运行时依赖,还提供了Native hints API。
  • spring-native-configuration:Spring AOT 插件使用的 Spring 类的配置提示,包括各种 Spring Boot 自动配置。
  • spring-native-docs:参考指南,采用 asciidoc 格式。
  • spring-native-tools:用于查看镜像构建配置和输出的工具。
  • spring-aot:Maven 和 Gradle 插件公共的 AOT 转换基础架构。
  • spring-aot-gradle-plugin:AOT 转换的 Gradle 插件。
  • spring-aot-maven-plugin:AOT 转换的 Maven 插件。
  • samples:包含各种演示功能用法的示例,也用于集成测试。

2. 快速上手

主要有两种的方式来构建 Spring Boot 原生应用:使用 Spring Boot Buildpacks Support 生成一个包含本地可执行文件的轻量级容器。使用 GraalVM native image Maven plugin support 来生成本地可执行文件。

2.1 通过 Buildpacks 上手

2.1.1 系统要求

需要安装 Docker,并至少分配 8G 内存, 以及更多的 CPU

2.1.2 初始化 DEMO 项目

通过 https://start.spring.io/ 初始化 demo 工程

2.1.3 构建原生应用

可以按以下命令构建本地应用程序:

  • Maven $ mvn spring-boot:build-image
2.1.3.1 编译加速

资料:https://paketo.io/docs/howto/configuration/直接执行编译命令,因为要从 github 下载相关依赖,会非常慢,慢到你怀疑人生, 而且大多数时候会下载失败, 如图image.png则可以通过以下方法进行加速

  1. 下载构建需要的文件到本地,或上传到 OSS

https://github.com/graalvm/graalvm-ce-builds/releases/tag/vm-21.3.0

graalvm-ce-java11-linux-amd64-21.3.0.tar.gz

graalvm-ce-java11-linux-amd64-21.3.0.tar.gz.sha256 (sha256校验码)

native-image-installable-svm-java11-linux-amd64-21.3.0.jar

native-image-installable-svm-java11-linux-amd64-21.3.0.jar.sha256 (sha256校验码)

1.2.3.4.5.1.2.3.4.5.

复制

  1. 在工程根目录 bindings/dependency-mapping 创建 binding 文件
  2. 创建 type 文件:echo ‘dependency-mapping’ >type
  3. 查看文件校验码

也可以通过 https://github.com/paketo-buildpacks/graalvm/blob/main/buildpack.toml 网站进行查看

  1. 在工程根目录 bindings/dependency-mapping 创建 mapping 文件
  • 本地文件方式

echo 'file://{docker 内文件目录}/graalvm-ce-java11-linux-amd64-21.3.0.tar.gz'>3a1bc8eaf0518c128aaacb987ceb0b0e288776f48af630c11c01fd31122d93fa

echo 'file://{docker 内文件目录}/native-image-installable-svm-java11-linux-amd64-21.3.0.jar'>8958d4e0cad07340db0cf9e871776809e2f08fe0c93960f728fec75c4a96764f

1.2.1.2.

复制

  • Oss 方式

echo 'https://max-volador.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/graalvm/dependency/graalvm-ce-java11-linux-amd64-21.3.0.tar.gz'>3a1bc8eaf0518c128aaacb987ceb0b0e288776f48af630c11c01fd31122d93fa

echo 'https://max-volador.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/graalvm/dependency/native-image-installable-svm-java11-linux-amd64-21.3.0.jar'>8958d4e0cad07340db0cf9e871776809e2f08fe0c93960f728fec75c4a96764f

1.2.1.2.

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  1. 最后一步, 修改 pom.xml 配置,配置完成后就可以快乐的执行编译命令

<plugin>

  <groupId>org.springframework.boot</groupId>

  <artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>

  <configuration>

     <classifier>${repackage.classifier}</classifier>

     <image>

        <builder>paketobuildpacks/builder:tiny</builder>

        <env>

           <BP_NATIVE_IMAGE>true</BP_NATIVE_IMAGE>

           <SERVICE_BINDING_ROOT>/bindings</SERVICE_BINDING_ROOT>

        </env>

        <!-- 文件挂载 -->

        <bindings>

           <binding>${basedir}/bindings/dependency-mapping:/bindings/dependency-mapping</binding>

           <!--suppress UnresolvedMavenProperty -->

           <binding><absolute-binding-path>: {docker 内文件目录} </binding>

        </bindings>

     </image>

  </configuration>

</plugin>

1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.13.14.15.16.17.18.19.20.1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.13.14.15.16.17.18.19.20.

2.1.4 运行原生应用

$ docker run --rm -p 8080:8080 demo:0.0.1-SNAPSHOT

1.1.

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2.2 通过原生镜像的 Maven 插件上手

2.2.1 系统要求

  1. Docker 8G 以上内存
  2. Graalvm 环境

2.2.2 初始化 DEMO 项目

通过 https://start.spring.io/ 初始化 demo 工程

2.2.3 构建原生应用

$ mvn -Pnative-image package上面的命令会创建一个本地可执行文件,该可执行文件在 target 目录中。

2.2.4 运行原生应用程序

$ ./target/demo

3. 开发进阶

3.1 Spring AOT

Spring AOT构建插件旨在通过利用应用程序的上下文(类路径,配置)来生成和编译源代码,从而改善本机图像的兼容性和占用空间。

3.1.1 Maven

<build>

   <plugins>

       <!-- ... -->

       <plugin>

           <groupId>org.springframework.experimental</groupId>

           <artifactId>spring-aot-maven-plugin</artifactId>

           <version>0.10.4</version>      

           <configuration>

               <removeSpelSupport>true</removeSpelSupport>

               <removeUnusedConfig>true</removeUnusedConfig>

               <removeYamlSupport>true</removeYamlSupport>

               <removeXmlSupport>false</removeXmlSupport>

           </configuration>

           <executions>

               <execution>

                   <id>test-generate</id>

                   <goals>

                       <goal>test-generate</goal>

                   </goals>

               </execution>

               <execution>

                   <id>generate</id>

                   <goals>

                       <goal>generate</goal>

                   </goals>

               </execution>

           </executions>

       </plugin>

   </plugins>

</build>

1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.13.14.15.16.17.18.19.20.21.22.23.24.25.26.27.28.29.30.1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.13.14.15.16.17.18.19.20.21.22.23.24.25.26.27.28.29.30.

复制

3.1.2 配置 Spring AOT

  • mode 切换插件真实为本地镜像编译器提供多少配置:
  • native (默认)提供本地镜像以及代理的资源,初始化,代理和反射(使用自动配置提示)配置。
  • native-init 如果仅希望提供初始化配置和替换,则应使用。
  • native-agent 正在使用跟踪代理程序生成的配置作为基础,并且还为控制器等组件提供了其他提示。
  • removeXmlSupporttrue 默认情况下设置为 true,优化空间占用,将其设置为 false 恢复 Spring XML 支持(XML converters, codecs and XML application context support)。
  • removeSpelSupport默认情况下设置为 false,设置为 true 删除 Spring SpEL 支持以优化空间占用(应仅在不需要 SpEL 的应用中使用)。
  • removeYamlSupport 默认情况下设置为 false,设置为则true 删除Spring Boot Yaml支持以优化空间占用。
  • removeJmxSupport 默认情况下设置为 true,以优化空间占用,将其设置为false 恢复 Spring Boot JMX支持。
  • verify 默认情况下设置为 true,执行一些自动验证以确保应用可以本地编译, 设置为 false 关闭验证。
  • debugVerify 默认设置为false,设置为 true 时启用验证调试。
  • removeUnusedConfig默认情况下设置为 true,设置为 false 禁用删除未使用的配置。
  • failOnMissingSelectorHint 默认情况下设置为 true,如果没有为激活的选择器提供提示数据,则抛出错误,设置为 false 将插件从抛出错误切换为警告。
  • [Experimental] buildTimePropertiesMatchIfMissing 默认设置为 true。将其设置为 false 意味着指定 matchIfMissing=true 的任何属性都将被覆盖且不报错。
  • [Experimental] buildTimePropertiesChecks(实验)打开一些与属性相关的配置条件构建时间的评估。它必须至少包含 default-include-all或 default-exclude-all 的初始参数, 然后可以使用逗号分隔的前缀列表,以明确包含或排除(例如 default-include-all,!spring.dont.include.these.,!or.these 或 default-exclude-all,spring.include.this.one.though.,and.this.one)。前缀匹配最长的属性将会被应用(如果属性与多个前缀匹配)。

3.1.3. native-image 配置

Spring Native 通过 Spring AOT build plugin 在 META-INF/native-image 下自动生成配置文件 native-image.properties,reflect-config.json,proxy-config.json 或 resource-config.json:

3.2 Spring-native 扩展

3.2.1 通过 @NativeHint 实现

@NativeHint(options = "native-image 命令行参数",

types="反射类配置",

aotProxies="复杂代理类配置",

jdkProxies="JDK 动态代理类配置",

serializables="序列化类配置,

resources="资源文件配置",

initialization="应该在构建时或运行时显式初始化的类/包",

imports="共享类导入")

@NativeHint(options = {"-H:+ReportExceptionStackTraces"})

1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.

复制

3.2.2 通过 配置文件实现

在 META-INF/native-image 下 ${groupId}.${artifactId} 新增配置文件

reflect-config.json: 反射配置

serialization-config.json: 序列化配置

proxy-config.json: 动态代理配置

resource-config.json: 外部文件配置

1.2.3.4.5.1.2.3.4.5.

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4. 常见问题

4.1 构建问题

4.1.1 在构建时意外初始化了 DataSize

Error: Classes that should be initialized at run time got initialized during image building:

org.springframework.util.unit.DataSize was unintentionally initialized at build time. To see why org.springframework.util.unit.DataSize got initialized use --trace-class-initialization

1.2.1.2.

复制

缺乏 spring-native 依赖项和Spring AOT plugin

4.1.2 构建本机映像时出现内存不足错误

Error: Image build request failed with exit status 137。native-image 会消耗大量 RAM,因此建议您使用至少 16G RAM 的计算机

4.1.3 Builder 生命周期 ‘creator’ 失败,状态码为 145

Error: Image build request failed with exit status 145。内存不足, 网络问题等

4.1.4 缺少资源包

Caused by: java.util.MissingResourceException:

 Resource bundle not found javax.servlet.http.LocalStrings.

 Register the resource bundle using the option

   -H:IncludeResourceBundles=javax.servlet.http.LocalStrings.

1.2.3.4.1.2.3.4.

复制

4.2 运行问题

4.2.1 序列化&反序列化失败问题

反序列化失败

DemoResponse(data=null, code=null, message= null)

序列化失败

在 META-INF/native-image/${groupId}/${artifactId}/serialization-config.json 添加需要进行序列化的类信息

[

{

  "name": "com.springnative.demo.response.DemoResponse"

}

]

1.2.3.4.5.6.7.8.9.1.2.3.4.5.6.7.8.9.

复制

4.2.2 反射问题

在 META-INF/native-image/${groupId}/${artifactId}/reflect-config.json 中添加需要用到反射的类信息

{

 "name": "com.springnative.demo.response.DemoResponse",

 "allDeclaredFields": true,

 "allDeclaredConstructors": true,

 "allDeclaredMethods": true,

 "allPublicMethods": true,

 "allDeclaredClasses": true

}

1.2.3.4.5.6.7.8.9.1.2.3.4.5.6.7.8.9.

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4.2.3 apache httpclient 调用失败, 采用 java.net.http.HttpClient 替换

4.2.4 mybatis-plus 初始化问题 & mapper 失效问题 (待补充)

5. 参考资料

Spring Native documentationGraalvmgraalvm-ce-buildsSpring-native Githubpaketo

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