Spring Boot 3的AOT(GraalVM Native Image)应用开发

Posted QiHY

tags:

篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了Spring Boot 3的AOT(GraalVM Native Image)应用开发相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

GraalVM Native Images是一个利用AOT(Ahead-of-Time)技术把java程序直接编译成可执行程序的编译工具,编译出来的程序在运行时不再依赖JRE,同时启动速度快,资源消耗低,这对传统java程序来说都是极大的优势。同时云原生应用来说,GraalVM Native Images编译生成的程序体积很小,非常适合云原生环境,目前由于传统java程序生成的镜像中需要包含一个体积很大的JRE或JDK而经常被人诟病。
Spring Boot从3.0版本开始支持AOT技术。
具体的代码参照 示例项目 https://github.com/qihaiyan/spring-native

一、概述

Spring Boot 3.0 仍然支持传统的开发方式,既编译生成jar包,通过JRE来执行,在此基础上,通过调整编译方式,可以编译生成直接运行的可执行程序,Spring AOT与传统应用的区别包括:

  1. 程序运行时动态调整的资源无法直接使用,例如反射、动态代理等,需要在代码中通过Hint为编译器指定
  2. 应用的classpath在编译后就固定了,不能动态调整
  3. 类不会延迟加载(lazy loading),应用启动时一次性加载完成
  4. 部分java切面(AOP)技术不支持

二、项目中加入依赖

在项目的gradle中增加依赖关系。

Gradle:

plugins 
    id 'org.springframework.boot' version '3.0.0'
    id 'io.spring.dependency-management' version '1.1.0'
    id 'org.graalvm.buildtools.native' version '0.9.18'
    id 'java'


group = 'cn.springcamp'
version = '0.0.1-SNAPSHOT'
sourceCompatibility = '17'

configurations 
    compileOnly 
        extendsFrom annotationProcessor
    
    testCompileOnly 
        extendsFrom testAnnotationProcessor
    


repositories 
    mavenCentral()


dependencies 
    implementation 'org.springframework.boot:spring-boot-starter-web'
    implementation 'org.springframework.boot:spring-boot-starter-data-jpa'
    implementation 'com.h2database:h2'
    annotationProcessor 'org.projectlombok:lombok'
    testAnnotationProcessor 'org.projectlombok:lombok'
    testImplementation 'org.springframework.boot:spring-boot-starter-test'


test 
    useJUnitPlatform()

与传统Spring Boot应用相比,gradle文件中增加了 org.graalvm.buildtools.native 这个plugin,其它的没有区别。

三、主要程序代码

示例程序提供了一个rest接口,该接口从数据库中读取数据。为了便于演示,使用H2数据库。

Application程序代码:

@RestController
@SpringBootApplication
public class Application 
    @Autowired
    private DbService dbService;

    @RequestMapping("/hello")
    public DemoData hello() 
        return dbService.hello();
    

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

DbService代码:

@Component
public class DbService 
    @Autowired
    private TestDataRepository testDataRepository;

    public DemoData hello() 
        DemoData demoData = new DemoData();
        demoData = testDataRepository.save(demoData);
        return demoData;
    

由于程序中没有使用反射,所以代码跟传统程序没有什么区别。

三、编译 Native Image

Spring Boot 编译 Native Image 支持2种方式,一种通过Docker进行编译,需要本地安装Docker。另外一种是用本地的编译环境进行编译,需要安装Visual Studio。
由于第一种方式比较简单,除了要安装Docker外没有很复杂的操作,本文只介绍第二种方式。

3.1 安装编译环境

需要安装 GraalVM 和 Visual Studio 两个编译工具。
GraalVM可以直接下载安装,下载地址 https://www.graalvm.org/downloads/ ,也可以通过 Scoop 进行安装。
Visual Studio 需要下载安装,由于Visual Studio体积比较大,也可以只安装 Visual Studio Build Tools

3.2 执行编译命令

由于windows命令行工具有命令长度限制,因此编译命令不能在windows命令行工具中直接执行(包括powershell和cmd),需要在安装好的Visual Studio命令行工具(x64 Native Tools Command Prompt for VS 2022)中执行。

执行命令

gradle nativeCompile

编译生成的可执行程序在当前工程目录的 build\\native\\nativeTestCompile 目录中,可以看到一个与工程名相同的以exe后缀结尾的文件。
直接运行该文件,就能体验到java程序的启动速度竟然能如此之快。
启动速度虽然快了,但是编译耗时也多了不少,这是一个缺点。

四、单元测试

传统的Spring Boot单元测试技术仍然可以使用。 Spring Boot单元测试技术在这篇文章中有专门介绍。
需要注意的是 Spring Native不支持JUnit4,需要使用JUnit5。

单元测试代码:

@Slf4j
@ExtendWith(SpringExtension.class)
@SpringBootTest(webEnvironment = SpringBootTest.WebEnvironment.RANDOM_PORT)
public class ApplicationTest 
    @Autowired
    private TestRestTemplate testRestTemplate;

    @Test
    public void testHello() 
        String resp = testRestTemplate.getForObject("/hello", String.class);
        log.info("hello result : " + resp);
        assertThat(resp, is("\\"id\\":1"));
    

通过传统单元测试技术可以验证代码业务逻辑是正常的,对于编译成 Native Image 后程序是否还能正常运行,传统单元测试技术保证不了,需要进一步使用 Native Image 单元测试。

Native Image 单元测试通过以下命令执行:

gradle nativeTest

该命令会首先把应用编译成 Native Image 可执行程序,再跑单元测试用例。由于 Native Image 编译相比传统应用耗时要长很多,所以先通过传统的Spring Boot单元测试技术保证代码业务逻辑正常后,再使用 Native Image 单元测试命令,减少整个开发流程的耗时。

以上是关于Spring Boot 3的AOT(GraalVM Native Image)应用开发的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

以GraalVM原生镜像的方式运行Spring Boot应用程序

Spring Boot 3.0

在Docker容器中运行Spring Boot GraalVM原生镜像

在spring boot3中使用native image

Spring Boot 学习总结(32)—— Spring Boot 3.0 正式发布

Spring Boot 学习总结(32)—— Spring Boot 3.0 正式发布