Spring Boot 基于 GraalVM 构建

原创
01/27 22:00
阅读数 5K

Spring Boot 使用 GraalVM 构建

本文示例代码

背景

容器化、函数式、低代码、云原生各种概念和技术层出不穷,无奈,与时俱进,跟进研究,发现 Quarkus 最近比较火爆,抽空研究了一下,这就引出了本文的猪脚: GraalVM ,口号是:Run Programs Faster Anywhere

简介

GraalVM Native Image是由Oracle Labs开发的一种AOT编译器,支持基于JVM的高级语言,如Java, Scala, Clojure, Kotlin。Native Image以Java bytecode作为输入,将所有应用所需的class依赖项及runtime库打包编译生成一个单独可执行文件。具有高效的startup及较小的运行时内存开销的优势。

与传统的Java虚拟机不同,Native Image是封闭式的静态分析和编译,不支持class的动态加载,程序运行所需要的多有依赖项均在静态分析阶段完成。此外GraalVM Native Image运行在一个名为SubstrateVM的轻量级的虚拟机之上。虽说是轻量级虚拟机,SubstrateVM却拥有运行Java程序所必需的所有组件,包括deoptimizer、gc及thread scheduling等。 目前GraalVM Native Image并没有完全支持多有的Java动态特性,如不支持class动态加载。 感兴趣的童鞋可以点击去看看,这里就不过多介绍了。

本文不涉及 GraalVM 的安装和部署,只实践 SpringBoot 基于 GraalVM 的构建

SpringBoot 从 2.3 开始,已经支持 GraalVM 打包。

目标

  • 构建一个基本的 SpringBoot 项目
  • 分别使用普通 jar 和 Native-image 方式打包,对比资源占用情况。

搭建基础项目

用你熟悉的工具搭建一个基本的 SpringBoot 项目

猫咪DTO:

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


实现基本增删改查 API(模拟)


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


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

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

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

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

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

}



其他代码省略,感兴趣的童鞋请参考 : 示例代码

打包运行

打包

$ ./mvnw package

运行

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

留意一下启动时间,我本机的是:

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

可以看到,启动用了将近 2 秒钟。 如果引入数据库、MQ等,肯定还会更多。

再看看内存使用情况:

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 }'

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

473.863MB ,就这么简单个功能的应用,将近 500MB 内存没了。这个资源占用,不小! 相比之下,PHP、C#、甚至 Nodejs 实现同样功能,哪个都没 Java 吃的多~~妥妥的干饭专家....

使用 GraalVM 打包

GraalVM的安装,请参考官方文档,本文不做介绍。

安装完毕后,记得安装 native-image 本地映像打包插件。安装命令:

gu install native-image

本例中具体环境如下:

// 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)

调整示例项目

为了使用 GraalVM 打包,SpringBoot 项目需要进行一些调整

修改启动类

//@SpringBootApplication
//这里proxyBeanMethods方法代理关闭
@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,可通过如下方式引入:

<?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 插件不在中央库,所以还需要指定 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>
        <!--        加一个 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

会显示如下信息:




[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] ------------------------------------------------------------------------


这一步还是比较慢的,我本机用了将近 4 分钟,请耐心等待.打包完毕后,target 目录下会出现运行文件: com.luter.graalvmdemo.graalvmdemoapplication,这个文件 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

运行 :

$ ./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)

这个启动太顺滑了,回车后,几乎是秒开,用时0.066秒。传统 Fatjar 方式启动用时:1.774秒,20 多倍的提升。试想一下,一个动不动启动半分钟的大型项目上云,是不是很激动人心?

再看看内存占用情况:

//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 }'

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

内存占用:53.8711MB ,相比较传统 FatJar 的 473.863MB ,差不多 10 倍。 从启动速度到资源占用,都大幅度降低了,这对降低部署成本,还是很有帮助的。

结语

本文示例代码

整个过程,还是比较折腾的,尤其是 Graalvm 的安装,网络的原因,比较卡比较慢。 还有就是,由于不支持 CGLIB 的动态代理了,很多 SpringBoot的自动配置功能无法使用,

如果你的项目对 SpringBoot 的各项特性依赖很强,谨慎入坑。否则,你也可以考虑一下:Quarkus。

官网有专门文档介绍支持情况,有兴趣的童鞋可以自行去查看。

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20倍提升是程序启动时什么都做不的情况,一般启动都会做很多事情,加载缓存、获取配置、读库之类的,加上这些事,启动时间上也差不多吧
01/29 16:40
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还没试验,就按 MVC 这个情况看,速度应该也会有提升。
01/29 21:20
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