雲原生時代下微服務架構演進之路 (11)

透過本篇文章您可以瞭解到以下內容：

Spring Native簡介
Spring Native深入剖析
總結

Spring Native簡介

當我們看到Spring Native這個詞語的時候，是不是會有諸多疑問？比如什麼是Spring Native，它是用來解決什麼問題的？它和我們現在已經熟知的Spring Boot 以及Spring Cloud又有什麼連繫呢？

接下來就讓我們帶著這些疑問走進今天的文章，為您揭開Spring Native的面紗。

首先讓我們看看什麼是Spring Native

中文：

Spring Native可以使得Spring應用程式以GraalVM原生鏡像的方式進行運行。

與Java虛擬機相比，native image可以為許多類型的工作負載提供更經濟、更可持續的託管。這些包括微服務、非常適合容器的功能工作負載和Kubernetes。

使用native image這種方式具備一些關鍵優勢，如即時啟動、即時峰值性能和減少記憶體消耗。

Spring Native的誕生意味著Spring除了支援常規的Java虛擬機以外，還可以支援使用GraalVM原生鏡像的方式進行運行。從而提供了一種新的部署Spring應用程式的方法。

該項目的目標是孵化對Spring Native（Spring JVM的替代品）的支援，並提供旨在打包到羽量級容器中的本機部署選項。實際上，目標是在這個新平臺上支援您的Spring應用程式，而對代碼層面是幾乎沒有修改的。同時Spring Native 支援 Java 和 Kotlin。

令人鼓舞的是Spring Native專案是整個 Spring 團隊及其家族項目廣泛合作的結，例如我們眾所周知的Spring Framework、Spring Boot 以及 Spring Data、Spring Security、Spring Cloud等。

既然Spring Native支援以GraalVM原生鏡像的方式運行，那麼相比於JVM方式它的優點又有哪些呢？

概括起來可以理解為兩大方面，分別是對資源的消耗（記憶體）的減少以及應用啟動時間的縮短。

而對於應用啟動時間來說，可以理解為即時啟動（通常的情況下時間小於100ms），如下圖所示，基於Spring Boot的Web應用的簡單例子，啟動時間僅為0.038s

在介紹完Spring Native的定義以及相比JVM的優勢以後，接下來讓我們看看Spring Native由哪些模塊組成 :

Spring-native

運行Spring Native所需的運行時依賴項，還提供了本機hints API。

彈簧原生配置

Spring AOT外掛程式使用的Spring類的配置提示，包括各種Spring Boot自動配置。

Spring原生文檔

Spring原生文檔，參考指南，採用asciidoc格式。

彈簧原生工具

spring原生工具：用於查看映像建構配置和輸出的工具。

Spring-aot

Maven和Gradle外掛程式公共的aot轉換基礎架構。

彈簧測試

測試特定的AOT基礎架構。

spring-aot-gradle-plugin 和 spring-aot-maven-plugin

顧名思義，AOT轉換的gradle和maven的外掛程式

樣品

包含各種範例，演示特性的使用，並用作集成測試。

透過上述的介紹，我們清楚了Spring Native的定義以及相比傳統JVM的優勢、同時瞭解了該專案包含了哪些模組。那麼我們該如何嘗試使用Spring Native在我們的專案中呢？

在start.spring.io 中提供了快速集成創建基於Spring Native的方法，只需要添加相關Native的依賴即可。如下圖所示：

值得注意的是對於Spring Native給出的標籤是DEVELOPER TOOLS。如果把Spring Boot比作一輛汽車的話，那麼對於JVM運行的這種方式可以比作汽車的發動機引擎，而Spring Native的出現，正好是對現有的汽車在選擇發動機引擎時多了一種解決方案。

在對Spring Native有個初步認知以後，接下來讓我們深入的瞭解下Spring Native背後的故事。

Spring Native深入剖析

在上一小節中，我們談到了基於GraalVM native image的優勢（例如啟動時間快速，記憶體資源佔用少等），接下來讓我們看下Native image 與傳統常規的JVM的主要區別有哪些：

在建構時從主入口點對應用程式進行靜態分析。
未使用的零件將在建構時被移除。
反射、資源和動態代理需要配置。
類路徑在建構時是固定的。
無類延遲載入，可執行檔中的所有內容都將在啟動時載入到記憶體中。
一些代碼將在建構時運行。
Java應用程式的某些方面存在一些不完全支援的限制。

對於使用native image方式時，它的整個流程如下圖所示：

Native Image是一種將Java代碼提前編譯為獨立可執行檔的技術，執行檔包括應用程式類、依賴、運行時庫以及JDK靜態連接的本機代碼。 Graalvm通過子模組SubstrateVM來支援Native Image。

JDK位元組碼、對應的應用程式、第三方庫類庫共同組成了靜態編譯的輸入，此時SubstrateVM會對輸入進行靜態的分析，並找到其中可達代碼，然後可達代碼將會有靜態編譯器進行編譯，最終得到native image。

在上面描述的整個流程中，Spring Native所適配的方面分為兩部分，分別是：

生成應用程式上下文的優化版本
根據需要推斷元數據

看到這裡，相信大家都會發現一個問題，那就是與傳統的JVM不同的是，類路徑在建構時已經是固定的，反射或資源需要進行配置，這裡沒有類似的懶載入機制（可執行檔中包含的所有內容在啟動的時候都會載入進來）並且有些代碼可以在建構期調用。

為了充分擁抱這些特性，並允許Spring應用程式在本機上以最大的相容性和最小的佔用空間運行，Brian Clozel 引入了 Spring 預先（ ahead-of-time，AOT）轉換的 Maven 和 Gradle 外掛程式，這個外掛程式會對 Spring 應用執行預先轉換。

第一種轉換旨在基於推理引擎生成GraalVM本機配置（反射、資源、代理、本機映射選項）

對於一些本機配置無法推斷的情況，我們引入了本機提示註釋（更多詳細資訊，請參閱Javadoc），它允許Spring native以比常規基於JSON的本機映射配置更可維護、類型安全和靈活的方式支援本機配置。例如如下配置：

總結

回顧全篇內容，整體包括以下內容：

在Spring Native深入剖析中，我們與傳統JVM方式進行了區別點的分析，接著介紹了關於native image建構的流程說明，最後介紹了 Spring 在其中做的內容又是哪些。

在下一篇文章中我們會對Spring 6.0以及Spring Boot 3.0進行深入的介紹，敬請期待！

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