GraalVM与Spring Native初体验，一个让你的应用在100ms内启动的神器
先吹一波截图，当中springboot的启动只用了0.036秒，试问如果没有Spring Native，谁还能做到。
即使是M1 Mac Pro启动也是需要0.559 秒。两张图片的时间差距比较久是因为在写博客的时候，突发奇想想把solo博客也给做成GraalVM的，但是很可惜失败了，这里省略几百字的小作文，但是会提到为什么失败了。
1. 一些背景知识
1.1 GraalVM
GraalVM在官方网站对自己的介绍是 High Performanсe. Cloud Native. Polyglot 意思就是 高性能，云原生，多语言。
GraalVM for Java 具有新的编译器优化的 高性能runtime，以加速Java应用程序性能和较低的基础设施成本以及云中的基础设施成本。Graalvm是Java和其他JVM语言的高性能runtime。它包含一个兼容的JDK，并提供基于Java 8（仅GRAALVM Enterprise Edition），Java 11和Java 17 Graalvm提供多个编译器优化的分布，旨在加速Java应用程序性能，同时消耗更少的资源。要开始使用Graalvm，或从另一个JDK分发迁移，您不必更改任何源代码。在Java Hotspot VM上运行的任何应用程序将在Graalvm上运行。
很官方啊，这样的话。说的明白点就是GraalVM是一个共享运行时间的生态系统，无论是那些依赖于JVM的语言（Java、Scala、Groovy、Kotlin）还是说其他的编程语言例如（JavaScript、Ruby、Python、R）有性能上的优势。另外，GraalVM能够通过一种前端的LLVM执行JVM上面的原生代码。
2. 安装GraalVM
这里会说到Windows, Mac，linux下的安装过程。
2.1 下载
找到你电脑安装的Jdk的版本进行下载
这里推荐安装Java11，Java17的版本我安装之后发现有问题，在我改成Java11后没有修改其他配置的情况下却又成功了。
2.2 安装
linux and mac
这里linux和mac下一起讲是因为差不多，会其中一个，另一个你也可以延展的去安装。
下载解压后，放在和你的JDK同一级目录下，如：
tar -xzf <graalvm-archive>.tar.gz
更改环境变量
linux，以centos为例就是更改 /etc/profile 文件，macOS下就是更改 ~/.zshrc文件，在这里需要把你之前安装的JDK时配置的 JAVA_HOME进行修改为：GraalVM的地址
export JAVA_HOME=/Users/asher/workspace/software/jdk/graalvm-ce-java11-21.3.0/Contents/Home
然后在PATH路径进行添加
export PATH=$PATH:$MAVEN_HOME/bin:$FFMPEG_HOME/bin:/Users/asher/workspace/software/jdk/graalvm-ce-java11-21.3.0/Contents/Home/bin:$JAVA_HOME:.
注意，我在上面添加了 /Users/asher/workspace/software/jdk/graalvm-ce-java11-21.3.0/Contents/Home/bin的路径，这个是需要进行添加的
centos下别忘了 source /etc/profile
Windows
解压下载的文件
然后win+R打开你的命令行
setx /M JAVA_HOME "C:\Progra~1\Java\<graalvm>"
配置环境变量
setx /M PATH "C:\Progra~1\Java\<graalvm>\bin;%PATH%"
当你安装配置完成之后，打开新的命令行窗口，执行 java -version
就会发现JDK已经改成了新安装的那个了,类似如下截图
3. 从Hello World开始
已经安装完成之后，我们从最简单的Hello World开始，体会一下GraalVM和JVM的区别
新建一个Java文件，HelloWorld.java
然后输入
public class HelloWorld {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("Hello, World!");
}
}
3.1 JVM版
我们需要 javac HelloWorld.java, 然后 java HelloWorld ,我们用记录一下
java HelloWorld 所需要的时间
总计0.077秒
3.2 GraalVM版
先进行安装 native-image
gu install native-image
然后在刚刚编译HelloWorld的目录下进行执行
native-image HelloWorld
等待一段时间，此时会直接生成一个可执行文件
等待一段时间后，我们会发现文件生成了
让我们执行看看
完全没问题，再测试一下时间呢
0.063秒！拿出之前和JVM执行的对比一下,它在执行的时候，用户态和系统态使用的时间都低于JVM
虽说GraalVM确实快了，但是你也注意到了，当执行的 native-image HelloWorld时 候会有好几个阶段，而且都很耗时间跟内存。
4. 进阶版, Maven 插件编译
看完了上面的，你可能觉得差距不大，毕竟这几微秒的事，咱们都体会不出来。
这里会说到的是在我们常见的Maven项目如何进行使用GraalVM。
让我们新建一个Maven项目, 整个程序的目录结构是这样的，只有一个 Application.java 和一个 Person.java文件
4.1 pom.xml
因为这里我们要使用maven plugin进行打包，加入了 dependency graal-sdk ,然后引入了 native-image-maven-plugin
<properties>
<maven.compiler.source>11</maven.compiler.source>
<maven.compiler.target>11</maven.compiler.target>
<graal-sdk.version>21.3.0</graal-sdk.version>
</properties>
<dependencies>
<dependency>
<groupId>org.graalvm.sdk</groupId>
<artifactId>graal-sdk</artifactId>
<version>${graal-sdk.version}</version>
<scope>provided</scope>
</dependency>
</dependencies>
<build>
<plugins>
<plugin>
<groupId>org.graalvm.nativeimage</groupId>
<artifactId>native-image-maven-plugin</artifactId>
<version>21.2.0</version>
<executions>
<execution>
<goals>
<goal>native-image</goal>
</goals>
<phase>package</phase>
</execution>
</executions>
<configuration>
<skip>false</skip>
<imageName>graalvmMaven</imageName>
<mainClass>run.runnable.Application</mainClass>
<buildArgs>
--no-fallback
</buildArgs>
</configuration>
</plugin>
</plugins>
</build>
然后的话我们还需要在IDEA中进行配置编译的Java版本是下载的GraalVM下的Java
修改之后我们在项目中加一些代码试试。这里的话，我新建了一个Person实体类和Application启动类。代码如下
Person.java
package run.runnable.entity;
/**
* @author Asher
* on 2021/12/23
*/
public class Person {
private Integer id;
private String name;
public String getName() {
return name;
}
public void setName(String name) {
this.name = name;
}
public Integer getId() {
return id;
}
public void setId(Integer id) {
this.id = id;
}
@Override
public String toString() {
return "Person{" +
"id=" + id +
", name='" + name + '\'' +
'}';
}
}
Application
package run.runnable;
import run.runnable.entity.Person;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import java.util.stream.Collectors;
/**
* @author Asher
* on 2021/12/23
*/
public class Application {
public static void main(String[] args) {
List<Person> personList = new ArrayList<>();
for (int i = 0; i < 10_000; i++) {
Person person = new Person();
person.setId(i);
person.setName("jack" + i);
personList.add(person);
}
List<Person> collectPersonList = personList.stream()
.filter(person -> person.getId() > 5000)
.collect(Collectors.toList());
System.out.println(collectPersonList);
}
}
这里代码逻辑很简单，就是新建了一个personList，然后对其进行添加10000个，添加进去之后，再对 id>5000 的进行过滤。
4.2 JVM版
普通maven项目打成jar方法不再赘述，这里直接演示结果。
JVM版用的是已经适配了m1的zulu jdk，所以不用担心会由于转译引起的性能下降。
进行执行
time java -jar graalvmMaven-1.0-SNAPSHOT.jar
可以看到执行时间为0.146
4.3 GraalVM版本
直接点击Maven的package就可以进行打包
打包时间花了一分钟
接下来让我们执行打包生成的可执行文件
0.085秒！和JVM版的0.146秒相比，花的时间差距也越来越明显了。
5. 高级版, SpringBoot项目使用Spring Native打包成image
在这个部分中，甚至你本地都不用安装GraalVM。
5.1 新建SpringBoot项目
在这一部分里会说到，怎么将一个简单的SpringBoot项目进行打包成docker的image，这里我推荐使用window下的WSL2进行，因为这个过程非常吃资源。在mac下即使我给docker设置了10G运存，4核CPU仍然会莫名卡死在某一部分。
当然如果你是linux主机那 就更好了，不用担心这个问题。
让我们新建一个SpringBoot的简单项目。
在Spring Initializr中我们选择SpringBoot的版本，以及在右侧我们选择Spring Native依赖，和Spring
点击下面的生成会下载一个压缩包，在工作目录进行解压，然后导入到你的IDEA中。
5.2 稍微修改一下pom文件
在生成的pom文件中，Spring已经贴心帮我们把配置都加好了。
所以我只添加了一个 spring-boot-starter-web 的dependency
<?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>2.6.1</version>
<relativePath/>
</parent>
<groupId>run.runnable</groupId>
<artifactId>experience</artifactId>
<version>0.0.1-SNAPSHOT</version>
<name>experience</name>
<description>Experience Spring Native</description>
<properties>
<java.version>11</java.version>
<repackage.classifier/>
<spring-native.version>0.11.0</spring-native.version>
</properties>
<dependencies>
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.springframework.experimental</groupId>
<artifactId>spring-native</artifactId>
<version>${spring-native.version}</version>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
<scope>test</scope>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.graalvm.buildtools</groupId>
<artifactId>native-maven-plugin</artifactId>
<version>0.9.8</version>
</dependency>
<!-- https://mvnrepository.com/artifact/org.apache.maven.plugins/maven-idea-plugin -->
<dependency>
<groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
<artifactId>maven-idea-plugin</artifactId>
<version>2.2.1</version>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>
<version>2.5.0</version>
</dependency>
</dependencies>
<build>
<plugins>
<plugin>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>
<configuration>
<classifier>${repackage.classifier}</classifier>
<image>
<builder>paketobuildpacks/builder:tiny</builder>
<env>
<BP_NATIVE_IMAGE>true</BP_NATIVE_IMAGE>
</env>
</image>
</configuration>
</plugin>
<plugin>
<groupId>org.springframework.experimental</groupId>
<artifactId>spring-aot-maven-plugin</artifactId>
<version>${spring-native.version}</version>
<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>
<repositories>
<repository>
<id>spring-releases</id>
<name>Spring Releases</name>
<url>https://repo.spring.io/release</url>
<snapshots>
<enabled>false</enabled>
</snapshots>
</repository>
</repositories>
<pluginRepositories>
<pluginRepository>
<id>spring-releases</id>
<name>Spring Releases</name>
<url>https://repo.spring.io/release</url>
<snapshots>
<enabled>false</enabled>
</snapshots>
</pluginRepository>
</pluginRepositories>
<profiles>
<profile>
<id>native</id>
<properties>
<repackage.classifier>exec</repackage.classifier>
<native-buildtools.version>0.9.8</native-buildtools.version>
</properties>
<dependencies>
<dependency>
<groupId>org.junit.platform</groupId>
<artifactId>junit-platform-launcher</artifactId>
<scope>test</scope>
</dependency>
</dependencies>
<build>
<plugins>
<plugin>
<groupId>org.graalvm.buildtools</groupId>
<artifactId>native-maven-plugin</artifactId>
<version>0.9.8</version>
<extensions>true</extensions>
<executions>
<execution>
<id>test-native</id>
<phase>test</phase>
<goals>
<goal>test</goal>
</goals>
</execution>
<execution>
<id>build-native</id>
<phase>package</phase>
<goals>
<goal>build</goal>
</goals>
</execution>
</executions>
</plugin>
</plugins>
</build>
</profile>
</profiles>
</project>
然后我们在启动类上添加一个endpoint进行返回
@SpringBootApplication
@Controller
public class ExperienceApplication {
public static void main(String[] args) {
SpringApplication.run(ExperienceApplication.class, args);
}
@GetMapping("hello")
@ResponseBody
private String hello(){
return "hello world";
}
}
现在你可以通过直接点击IDEA的run，这样的话，是通过本地的Java进行运行的，获得一个JVM版的启动时间。
这里我的电脑配置是
处理器 Intel(R) Core(TM) i5-8300H CPU @ 2.30GHz 2.30 GHz
机带 RAM 32.0 GB (31.9 GB 可用)
启动的时间花费了1.479秒
打开浏览器，也是可以访问的
5.3 Spring Native打包
接下来让我们进行Spring Native的打包工作。打开你的win下的docker。
点击设置，将你的配置调高一点，等下打包的时候就会快一点
然后回到你的IDEA，使用cmd窗口并进入到你的项目的目录
使用
mvn spring-boot:build-image
或者指定maven的路径
D:\maven\apache-maven-3.8.4-bin\apache-maven-3.8.4\bin\mvn clean -U -DskipTests spring-boot:build-image
进行构建，接下来就是漫长的等待过程了。当中可能会出现一些错误，比如
5.4 Execution default-cli of goal org.springframework.boot:spring-boot-maven-plugin:2.6.1:build-image failed: Builder lifecycle 'creator' failed with status code 145
此时你需要检查
- 你的本地运 行环境的JDK版本，要和项目一致。
- 检查你的IDEA的项目设置的JDK是否正确。
- 使用的mvn命令调用的JDK是正确的JDK版本
- 使用了正确的maven版本，太低的是不行的
如果没有问题的话，你应该可以看到类似输出
都是正常的
这里要说明一下为啥需要把Docker的内存设置大点，因为你会发现输出内容中，占用的空间都是几个G的，如图
当看到build success的时候就是成功了
使用 docker images可以看到刚刚打包好的镜像，让我们启动试试
docker run --rm -p 8080:8080 experience:0.0.1-SNAPSHOT
0.045, 这启动速度如果是JVM真的打不了，到此为止就完成Spring Native的简单使用，如果想要深入体验还得看看他们的文档Announcing Spring Native Beta!
6. 局限性
但是，什么事物都是有两面性的，那么对于GraalVM来说，好的一方面就是打包出来的体积更小，启动更快，占用的内存更小，让我不禁在想，以前一台 1核2G的服务器部署一个应用就差不多，照GraalVM，运行时占用才50M。那我不就可以部署很多应用？而且性能还这么棒
可惜的是，
- GraalVM在打包的配置要求上挺高，Mac上没一次打包成功的
- 对于使用了反射的项目来说，需要在使用GraalVm构建native image前需要通过配置列出反射可见的所有类型
- 对于Spring Native来说，现在任然是测试版，还没有能应用到生产环境的稳定版
但是我感觉这仍然是之后发展的一个趋势，在现在微服务大行其道的局面，Java也需要一些东西来破局。说不定再过一两年，这个成熟稳定之后，我们在树莓派上都能部署起来企业级项目。
7. 参考内容
Announcing Spring Native Beta!
Oracle GraalVM Enterprise Edition
如何评价 GraalVM 这个项目？ - kelthuzadx的回答 - 知乎
GraalVM native-image doesn't compile with Netty
8. 改造Solo
当发现这个GraalVM之后让我挺兴奋的，马上想改造Solo博客，这样会让博客在服务器上的占用更低，顺便体验一下新玩意儿。可惜的是到现在为止仍然是卡在打包的时候，netty中大量使用的反射的代码，导致打包失败。
然后我想dubbo底层不也是使用的netty吗，他们都可以打包成功，那我应该也可以，参考了他们的guideline，给了一点想法，尝试之后仍然不行。
或许还需要再研究一阵子才能解决这个问题
类似这种配置加了接近一百多行
