Spring Boot 3.0 手上过 - GraalVM原生镜像

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“手上过”是方言，跟那句“Talk is cheap. Show me the code.”的意思差不多。

GraalVM Native Image，原生镜像是独立的可执行镜像，这个独立是指不需要JVM。原生镜像通常具有镜像文件小，启动速度快，内存占用少等特点。这几个特点刚好解决了大规模容器化部署和Serverless应用场景的分发效率、（冷启动）响应速度和资源消耗等问题。

本文使用start.spring.io创建了一个Spring Boot 3.0的项目，并使用GraalVM编译为原生镜像，从构建速度、镜像大小、启动速度和内存占用等方面，跟传统镜像进行了比较。

Spring官方文档： GraalVM Native Image Support

Initializr

在 start.spring.io 上初始化一个全新的Maven项目，Spring Boot 3.0.2，Java 17，增加Spring Web和GraalVM Native Support依赖项。

pom.xml中关于GraalVM原生镜像构建的配置：

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  <build>
    <plugins>
+     <plugin>
+       <groupId>org.graalvm.buildtools</groupId>
+       <artifactId>native-maven-plugin</artifactId>
+     </plugin>

      <plugin>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>
      </plugin>
    </plugins>
  </build>

安装GraalVM

用GraalVM来构建原生镜像，因为网络的原因，在国内的主机上操作，真的的是徒增烦恼。给人的感受，就跟当初学习Kubernetes一样，很容易被劝退，所以笔者按量付费在阿里云上买的海外主机（ECS），操作系统Ubuntu。

安装 GraalVM跟安装JDK一样。

下载与解压
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$ wget https://github.com/graalvm/graalvm-ce-builds/releases/download/vm-22.3.1/graalvm-ce-java17-linux-amd64-22.3.1.tar.gz
$ tar -xvf graalvm-ce-java17-linux-amd64-22.3.1.tar.gz
增加环境变量
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#修改.bashrc文件
$ vi ~/.bashrc

#增加下述两个环境变量
export PATH=/usr/local/java/graalvm-ce-java17-22.3.1/bin:$PATH
export JAVA_HOME=/usr/local/java/graalvm-ce-java17-22.3.1

#让配置生效
$ source ~/.bashrc

#检查一下是否安装成功
$ java -version
安装native-image
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$ gu install native-image

# 也可以下载后指定文件来安装
$ gu install --local-file native-image-installable-svm-java17-linux-amd64-22.3.1.jar

# 检查一下
$ gu list

构建原生镜像

使用buildpacks构建原生镜像

buildpacks需要系统已经安装好了Docker，但本身我们这里一直在讲的原生镜像，就是Docker镜像啊，所以系统上安装Docker是个隐含条件。

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$ mvn -Pnative spring-boot:build-image

# 第二次运行可以增加选项来避免重复下载相同的镜像和jar包
$ mvn -Pnative \
    -Dspring-boot.build-image.pullPolicy=IF_NOT_PRESENT \
    -Dorg.springframework.boot.buildpack.platform.build.pullPolicy=IF_NOT_PRESENT \
    spring-boot:build-image

使用Native Image构建

Native Image不需要本机安装Docker，但是需要本机安装GraalVM。

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$ mvn -Pnative package

资源消耗

编译为原生镜像，非常耗时耗资源，阿里云1核(vCPU) 2GiB内存的ECS，直接把CPU和内存打满，跑了30分钟无果，直接卡死了。强制重启后调整为4核(vCPU) 8GiB内存，耗时5分钟完成。

两种原生镜像构建方式的比较

构建方式 先决条件（本机安装的软件） 编译速度 结果镜像
buildpacks Docker 5 Min 93.6MB
native-image GraalVM和native-image 5 Min 93.6MB

可见buildpacks和native-imange这两种方式，只是对本机上的软件安装要求不同，编译速度差不多，最终得到的原生镜像相同。

原生镜像跟传统镜像的比较

传统镜像即mvn spring-boot:build-image生成的镜像。

镜像类型 是否包含JVM 构建时间 镜像大小 启动时间 内存占用
传统镜像 是 01:33 min 279MB 2.358 seconds 131.8MiB
原生镜像 否 06:32 min 93.6MB 0.061 seconds 23.39MiB
5倍 三分之一 39倍 五分之一

可见除了构建速度，原生镜像在镜像大小、启动时间和内存占用上，都明显占优。Serverless的冷启动如果能做到几十毫秒话，已经够了。当然实际的应用比这个要复杂很多。比如加上数据库连接的话，时间会更长。现在数据库的发展趋势，云原生和Serverless，也是一个主要的方向，除了解决缩放的问题，连接应该也是一个要优化的点。

跟Golang和Node.js比较，笔者这里没有详细的数据，大概是Golang还是全面占优，但是不是数量级上的差距。Node.js的镜像文件应该更大，它内置了一个V8，启动后内存占优，启动速度差不多，但都不是数量级的差距。就是说Java应用构建为原生镜像后，镜像大小、启动速度、内存占用这几项就不是劣势了。