使用GraalVM 构建 Spring Boot 3.0 原生可执行文件

时间:2022-12-18 15:54:12

GraalVM 介绍

既然是VM,那肯定也是一个虚拟机,那它跟JVM有关系吗?有一定关系,GraalVM 可以完全取代上面提到的那几种虚拟机,比如 HotSpot。把你之前运行在 HotSpot 上的代码直接平移到 GraalVM 上,不用做任何的改变,甚至都感知不到,项目可以完美的运行。但是 GraalVM 还有更广泛的用途,不仅支持 Java 语言,还支持其他语言。这些其他语言不仅包括嫡系的 JVM 系语言,例如 Kotlin、Scala,还包括例如 JavaScript、Nodejs、Ruby、Python 等,如图。
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GraalVM Native Image 介绍

GraalVM Native Image 是GraalVM 提供的一种能够将Spring Boot 程序打包成云原生可执行文件的技术,并且比JVM 占用更少的内存和更快的启动速度,非常适合使用容器部署和在Faas平台使用。
与在JVM运行的应用程序不同,GraalVM Native Image需要提前对代码进行编译处理才能创建可执行文件,GraalVM Native Image 的运行不需要提供JVM虚拟机。

GraalVM 文档地址:https://www.graalvm.org/latest/docs/getting-started/
GraalVM Native Image 文档地址:https://www.graalvm.org/latest/reference-manual/native-image/

创建第一个GraalVM云原生应用程序

有两种办法创建原生应用程序:

  • 使用Cloud Native Buildpacks 来生成一个包含可执行应用程序的轻量级容器
  • 使用GraalVM Native 构建工具生成一个可执行文件

下面示例使用GraalVM Native来构建。

环境准备

安装GraalVM SDK

压缩包安装

下载对应版本软件:
https://github.com/graalvm/graalvm-ce-builds/releases

  • Windows
  1. 解压ZIP包到安装目录
  2. 配置path路径到GraalVM 的bin目录

setx /M PATH “C:\Progra~1\Java<graalvm>\bin;%PATH%”

  1. 配置JAVA_HOME到GraalVM 的安装目录

setx /M JAVA_HOME “C:\Progra~1\Java<graalvm>”

  1. 重启,测试

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  • Linux
  1. 解压ZIP包到指定目录

tar -xzf graalvm-ce-java-linux--.tar.gz

  1. 配置PATH路径

export PATH=/path/to//bin:$PATH

  1. 配置JAVA_HOME路径

export JAVA_HOME=/path/to/

  1. 测试
  • MAC
  1. 解压ZIP包

tar -xzf graalvm-ce-java-darwin-amd64-.tar.gz

如果使用的是macOS Catalina更高版本,可能需要执行如下命令:
sudo xattr -r -d com.apple.quarantine /path/to/graalvm

  1. 移动解压的包到/Library/Java/JavaVirtualMachines

sudo mv graalvm-ce-java- /Library/Java/JavaVirtualMachines

验证是否成功:/usr/libexec/java_home -V 将会得到一个安装的JDK目录

  1. 配置PATH路径

export PATH=/Library/Java/JavaVirtualMachines//Contents/Home/bin:$PATH

  1. 配置JAVA_HOME路径

export JAVA_HOME=/Library/Java/JavaVirtualMachines//Contents/Home

IDEA 安装

使用IDEA内置功能即可,下载有点慢,这边IDEA只有基于Java 19 的版本

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使用IDEA 下载后,只能在IDEA内部运行应用程序,如果要使用maven 打包,还需要配置PATHJAVA_HOME路径,同压缩包安装方式

安装Native Image 工具

如果没有安装该工具,maven 在打包的时候会自动下载,但建议提前安装打包工具

gu install native-image

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安装Native Image依赖的本地环境

因为要编译成指定本地可执行文件,比如exe,需要Windows安装了Microsoft Visual C++ (MSVC),
MAC 需要安装xcode,通过xcode-select --install,
Linux sudo yum install gcc glibc-devel zlib-devel
Ubuntu sudo apt-get install build-essential libz-dev zlib1g-dev
其他Linux sudo dnf install gcc glibc-devel zlib-devel libstdc++-static

这里以Windows为例,安装 Visual Studio 2017 或更高版本的 构建工具和 Windows 10 SDK

使用start.spring.io创建一个Spring Boot 3.0应用

1、选择Java 17 版本
2、选择GraalVM Native Support、Spring Web

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创建后的pom.xml

<?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>3.0.0</version>
        <relativePath/> <!-- lookup parent from repository -->
    </parent>
    <groupId>com.example</groupId>
    <artifactId>graalvm-native-application</artifactId>
    <version>0.0.1-SNAPSHOT</version>
    <name>graalvm-native-application</name>
    <description>graalvm-native-application</description>
    <properties>
        <java.version>17</java.version>
    </properties>
    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter</artifactId>
        </dependency>

        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
        </dependency>

        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
            <scope>test</scope>
        </dependency>
    </dependencies>

    <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>

</project>

3、写一个简单的接口

package com.example.graalvmnativeapplication;

import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

@RestController
@SpringBootApplication
public class GraalvmNativeApplication {

    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(GraalvmNativeApplication.class, args);
    }

    @RequestMapping("/")
    String home() {
        return "Hello World!";
    }

}

4、打包可执行文件
在 安装VS 中找到 x64 Native Tools Command Prompt 执行如下命令

mvn -Pnative native:compile

一共7个步骤,花费了差不多2分钟打包完,生成的可执行文件在target目录

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5、运行可执行文件
双击exe文件,Spring Boot 应用程序几乎瞬间启动完毕,文件大小有68M,对于一个没什么业务代码的demo来说,确实太大了。

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访问地址http://localhost:8080/,能正常访问。

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6、与Java 17 比较

VM 包大小 启动时间
GraalVM Native Image 68M 0.15s
Java 17 18M 2.15s
Java 8 16.5M 3.5s

从这个DEMO看出,使用GraalVM Spring Boot 的启动时间确实快乐很多,但同时包也大了很多 ,有点空间换时间的意思。如果要打包原生可执行文件的话,环境配置也比较繁琐。不过使用GraalVM 来替代JVM 跑Java 程序还是很值得尝试的。

参考资料:

  1. https://www.graalvm.org/latest/docs/getting-started/windows/ (GraalVM在 Windows的使用)
  2. https://blog.csdn.net/q412086027/article/details/113878426 (给了我启发)
  3. https://medium.com/graalvm/using-graalvm-and-native-image-on-windows-10-9954dc071311 (比较清楚的Windows 配置步骤)

作者其他文章:
Grafana 系列文章,版本:OOS v9.3.1(更新中)

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