Quarkus技术系列「云原生架构基建」打造基于Quarkus的云原生微服务框架实践

Posted 2022-12-23 洛神灬殇

前提说明：

Ok，大家好，今天呢，我们的分享主题是“如何打造一个基于Quarkus的云原生微服务架构”，无论你之前是否了解或者熟悉Quarkus，希望通过今天的技术分享可以让你认识和知道Quarkus。

进入前奏：

好了，我们废话不多说，进入主题，我觉得要是谈到Quarkus，那么我们肯定需要先分析一下，目前Java和云原生服务的关系以及在行业中它们的风向、行情。

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Java和云原生在行业的行情和风向

从Java角度而言：

虽然伴随着时间的流逝和技术的日新月异，Java的地位慢慢这有所下滑，但是“瑕不掩瑜”，Java陪伴我走过了很多的美好的时光，而且它仍然是我们非常瞩目的编程语言！但不得不说，对于微服务层面而言，Java无论是RPC、序列化、传输协议、技术体系都有着其他语言无法比拟的实力，但是我们渐渐发现，微服务2.0以及云原生的到来，让Java可能有点应对不及，因为在Java的领域内，主要依靠两个核心来源进行技术推动，一、就是依靠Spring技术生态圈；二、就是Oracle官方进行推动。而Oracle官方也推出了几个微服务框架和技术框架，比如说，Helidon 是由 Oracle 在 2018 年 9 月份推出的轻量级微服务框架、Micronaut，但是不都是很理想，还是有主流的Spring家族所掌控着。而Spring的技术重心还未完全转移到云原生上面。

从云原生角度而言：

我们都知道Kubernetes已经是我们目前技术领域、运维部署领域、容器化领域的行业标准，而且更是在云原生领域大方光彩！那么如何让Java应用更加完美的转化到Kubernetes层面就是一个很大的难题啊！

别担心，Quarkus帮助我们解决了这个难题！

进入正题：

首先我们将Quarkus云原生框架的实践流程分为6个部分，我们称之为“夸克斯实践6步！”，它们都有什么呢。

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进入Quarkus的基本概念：

首先Quarkus，我们也可以叫它的中文名称“夸克斯”，相信大家也知道阿里也有一款浏览器叫“夸克”，有点相似，差一个s，大家别记混了，它是RedHat公司开源的一款Java云原生服务框架，到这里，说一句题外话？kubernetes很牛！它们两大“东家”，一个就是众所周知的谷歌，另一个就是RedHat公司，它是RedHat公司亲自操刀开发的！这能不强大吗！

Quarkus的特点有哪些：

我们来说说看它的特点都有那些！

1. 专门用于创建适配于GraalVM和OpenJDK HotSpot的云原生框架。这说明它可以并肩与两种虚拟机的存在！对HotSpot虚拟机而言（无论是Oracle JDK还是OpenJDK我们都不陌生！），我们就不多说了，这里特别说一下GraalVM虚拟机，它是一个新时代的虚拟机（特别是它有一个强大的编译器），可谓是Quarkus性能优化的灵魂所在！

2. 专门用于针对容器优化Java应用程序，并使其成为无服务器架构（甚至面向与Faas化，这也是GraalVM的功劳之一）、云上服务、还有就是我们重点关注的Kubernetes模式下的云原生服务！

3. 主要的目的就是为了集成Kubernetes（特别是Kubernetes集群）而生的，非常的具有针对性和专业性！

Quarkus的优点

我们在看看Quarkus的优点吧！

1. （JVM的升级）首先我们在回到GraalVM这个概念上来，刚刚说到了GraalVM的编译器功能，那么我们就知道，它是可以通过借助GraalVM的编译器实现内联机制，逃逸分析以及独特的优化技术，可以提升2至5倍的性能。此外特意多说一下，GraalVM就是为了代替JVM原有的C2编译器，才诞生的，C2编译器是Ciff click 大神的精心之作，但是过于庞大和复杂，甚至到大神自己都不想维护了！所以JVM优化的瓶颈已经慢慢停留在了C2编译器，这对Java的发展是非常不利的！，所以才有了GraalVM，并且也是Java实现的，有兴趣的小伙伴们，可以好好研究啊！

2. （Spring层面的升级）我们都知道Spring框架不是性能为优先，而是扩展性闻名于世，而Quarkus的扩展能力并不比spring差！和Spring一样，完全可以集成Eclipse MicroProfile、Hibernate、Apache Camel和Eclipse Vert.x等开源库、甚至还可以将SpringBoot迁移到Quarkus生态，这是不是非常方便呢！解决了很多公司或者开发团队的迁移复杂的后顾之忧！

3. （云原生的升级），之前我们开发Java项目而言，如果想做成Docker镜像或者Kubernetes镜像，那么只能依靠于额外的第三发插件或者开发库，导致我们的项目过于臃肿了，而且Spring对Docker或者K8s的支持也不太尽人意，但是有了Quarkus后，就可以与Docker和Kubernetes轻松集成，不依靠额外插件，它可以打造Docker资源（包含JVM模式Dockerfile、云原生模式的Dockerfile）、kubernete资源甚至是OpenShift资源。

4. （服务启动性能提升）这个可是重头戏，在Quarkus服务中不只是单纯拥有JVM这一种运行模式。对于相同的应用程序代码，在原生模式下，服务启动速度非常快（大约可以缩短3倍的时间，可以减少我们很多的等待时间）、而且大多数的Spring项目会占用资源空间非常多，常常会造成很多OOM或者FGC，我相信大家都遇到过哈，之前的我们只能通过补救的方案，要不就是Spring的瘦身化，或者去提升JVM GC的能力，快速回收，无论是采用回收算法、还是机器的配置来解决这个问题，个人认为都只是补救的方面。但是有了Quarkus服务后，它解决了Spring项目占用庞大内存的问题，因为它本身很小且内存消耗低（特别是在原生模式下，底层水很深！），可以大大提高性能和资源使用率，这是不是说明我们以后可以很可能跟“OOM”说拜拜了？这里打上一个问号。

补充一点：借了GraalVM的光，Quarkus也解决了Java体系在跨语言层面来讲的很多问题，比如说，它可以支持更多种类的语言接入到Java的生态中（比如说，组合Java、javascript、Ruby 和 R 语言 ）形成多语言微服务生态，岂不美哉！

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Quarkus的基本开发流程

我们简称为“夸克斯开发6部”，让我们来看看它们都是什么？

• 「搭建脚手架」第一步就是快速搭建属于Quarkus的应用云原生框架（这为构建应用服务奠定基础）

• 「开发者模式」这个阶段代表两个含义：

  • 1：就是代表着我们需要进入开发状态了，当然这个是开玩笑的！
  • 2：重点要说的就是，Quarkus微服务应用的（开发模式）实现实时热部署能力（改动实时生效），就有点类似于SpringBoot的devTools或者spring loader、甚至收费的JRebel，这种情况需要额外引入包或者插件才可以，而我们Quarkus则直接作为自身的运行模式进行控制。进步的不是一点点啊！

• 「进行业务编码」通过集成多个开源库以及相关业务需求进行开发相关的程序代码

• 「建立集成测试」当开发编码完成之后建立版本，进行开发层面集成化测试阶段

• 「生成镜像打包」建立CLI程序以及创建云原生可执行包文件，并建立对应的容器服务

• 「部署基础K8S」将对应的可执行应用文件、容器文件、云原生文件包直接集成部署到Kubernetes集群中

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Quarkus的环境搭建流程

了解了总体的开发实践流程之后，我觉得到这里才算是真正的开始实践Quarkus了，我们就先看看官方指定的，环境搭建流程，姑且称之为“Quarkus搭建5步”

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1. 你需要一个开发者工具，例如：IDEA、Eclipse等

2. 你需要JDK11+版本的JVM环境资源

3. 选择一个GraalVM虚拟机作为编译器的基础

4. 最好选择一个Maven(3.8.1版本)/Gradle工具

5. 最后基于官方最新Quarkus版本（2.3.0.Final）进行开发实现。

Quarkus服务架构的搭建

首先，框架的搭建方案大致有四种，分别是：

Maven构建Quarkus应用服务骨架

首先我们来看看第一种构建方式，通过Maven构建Quarkus应用服务骨架

Maven项目框架结构，包含了相关的内容主要是：

• Quarkus服务所需要的Maven环境pom.xml文件

• 基础的JAX-RS的资源服务类

• 对应的JAX-RS的资源服务的测试类

• Quarkus原生模式的测试类

• 用于创建Docker容器的Dockerfile文件

• 空的配置文件（ application.properties ）

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Gradle构建Quarkus应用服务骨架

Gradle项目框架结构，包含了相关的内容主要是：

• Quarkus服务所需要的Gradle环境build.gradle文件

• 基础的JAX-RS的资源服务类

• 对应的JAX-RS的资源服务的测试类

• Quarkus原生模式的测试类

• 用于创建Docker容器的Dockerfile文件

• 空的配置文件（ application.properties ）

到这里，我们可以看到一点，为了让大家熟悉Quarkus、快速开发Quarkus服务，它采用了和SpringBoot非常相似的架构和参数配置，可以让我们快速进行迭代执行开发机制！

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Quarkus Start Coding搭建项目骨架

首先，我们打开浏览器直接访问：http://code.quarkus.io

我们主要关注我红线划分出来的这三个区域即可！

Quarkus Start Coding脚手架网站

• Group：配置应用的Maven groupId，一般我们采用域名反向即可。
• Artifact：配置应用的Maven artifactId，一般就是我们的应用名
• Build构建方式： 这里可以选择：Maven/Gradle

而下面的Web部分：

则需要我们选择一个我们希望的Rest服务框架的实现方式：可以看到非常的多哈。

点击-Genrate your application,直接进行提交，就可以下载相关的代码骨架！

这与我们的Spring Initializer非常之相像。

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开发工具构建Quarkus应用服务骨架

创建一个新的Quarkus工程项目

• IDEA主菜单选择File -> New Project

• 选择创建Quarkus应用程序

• 选择default Server URL: https://code.quarkus.io.
  

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IDEA安装Quarkus支持的插件

如果你的IDEA没有支持Quarkus功能那么需要进行安装插件，因为低版本是没有Quarkus项目的，我们可以选择图中的方式进行安装插件即可。

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Quarkus应用程序的运行模式

首先呢 ，大家可以看到，Quarkus主要有三种运行模式，分别是开发模式、测试模式、生产模式！

Quarkus具有3种不同的启动模式：

• Development（开发环境）

  • 直接运行quarkus:dev maven命令，则模式为DEVELOPMENT，这个我后面会详细介绍到的，特别方便我们的开发，可以实现改动的实时生效。

• Test（测试环境）

  • 如果正在运行JUnit测试，则模式转为Test，例如：可以实现更加强大的Testcontainers或者原生可执行文件的测试等。

• Normal（生产环境）

  • 出了以上的两种情况，都属于Normal模式，就是我们正式发布的可执行包文件。

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Quarkus开发模式实现实时热部署

开发模式就像我刚才说的，它主要是对标Spring loader、Spring devtools、Jrebel等热部署机制

Quarkus的dev（开发模式）

如果使用开发模式，则后台编译实现热部署机制。

• 当修改Java文件或者静态资源文件后，只需要刷新浏览器就会自动变更，实时很方便！

开启dev模式的Quarkus应用程序

如何启动开发模式的机制呢？

• 在Maven项目根目录执行命令： mvnw quarkus:dev

• Gradle项目根目录命令： gradlew quarkusDev

• 也可以通过IDEA的Maven插件进行直接点击运行即可。

• 注意：推荐使用Java11以上的JVM版本

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Quarkus开发模式实现实时热部署

在上面左边的图中，显示了相关的，Quarkus资源服务接口代码：，返回的是一个Hello RESTEasy接口！

右边是我们执行curl命令调用服务接口的到的结果：

此时当我们进行修改代码，将返回参数改为“hello”

重新进行调用后，可以看到结果是hello

可以说，真实非常的的方便！

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Quarkus端点服务开发介绍

• Quarkus框架对Restful Web服务的支持能力

  • Quarkus集成RestEasy框架，它是一个遵循Rest协议模式的JAX-RS，也是其定义REST端点的基础默认框架。

• Quarkus框架对Restful Web服务的开发方式

  • Quarkus使用，通过使用JAX-RS注解进行修饰绑定，使用HTTP注解（@GET、@POST、@PUT、@DELETE、@PATCH等）声明端点服务的请求类型，并且通过@Path注解定义公共Path部分。

• Quarkus框架对接收资源类型和输出资源类型

  • @Consumes注解可以定义端点服务的接收资源类型，例如：@Consumes(MediaType.TEXT_PLAIN)

  • @Produces注解可以定义端点服务的接收资源类型，例如： @Produces(MediaType.TEXT_PLAIN)

Quarkus端点服务注解介绍

• Quarkus框架实现端点服务的基础开发结构

  • 定义当前资源的URI定位符路径：@Path注解

  • 设计Http请求的方法类型 @GET注解

  • 定义返回类型的资源相应类型 @Produces注解

• 定义接收查询Http相关的参数信息

  • @QueryParam注解可以定义端点请求参数

  • @HeaderParam注解可以定义端点服务的请求参数

  • @FormParam注解可以定义端点服务的表单参数

  • @CookieParam注解可以定义端点服务的cookie参数

  • @PathParam注解可以定义端点服务的路径变量