减少使用Java应用服务器，迎接Docker容器

Posted 2021-04-21 分布式实验室

多年来，Java生态系统一直在使用应用服务器。Java应用服务器（如Servlet Engine、JEE或OSGi）是一个可以作为最小部署单元（如jar/war/ear/bundle等）进行部署和卸载Java代码的JVM（Java虚拟机）进程。所以一个JVM进程可以在运行的过程中更换运行在其上的代码。通常Java应用服务器提供存放文件的目录或者REST/JMX 接口來修改正在运行的部署单元（Java代码）。

由于内存资源在过去是相当宝贵的，所以把所有的Java代码放到同一个JVM中去运行来减少多个进程带来的内存碎片具有重要的意义。

多年来，在Java生产环境中，通常没有人真正在运行着的JVM中卸载Java代码，因为这样做很容易造成内存泄漏（线程、内存、数据库链接、socket、正在运行的代码等导致）。所以在生产环境中升级应用的较好做法是并行地在一个新的应用服务器中启动应用程序；把流量从旧的应用实例迁移到新的应用实例上，当旧的应用实例结束正在处理的请求时，就可以被停止。

从概念上说是卸载了旧的程序，部署了新的程序；但是实际上是启动了一个新的进程，并把流量迁移到新的进程上，然后结束那个旧进程。

目前，有向微服务发展的趋势，每个进程做好一件事。多年来，使用应用服务器的最佳实践方式，一直都是在每一个JVM中部署尽量少的部署单元。假如你把所有的服务（部署单元）部署到同一个JVM中；如果要升级这些服务中的一个，你就要关闭这个JVM进程，这就会影响到其它的服务。所以把每个应用单独部署在不同的JVM进程中更安全和敏捷，这样在任何时候升级一个服务都不会影响到其他的服务。

多个独立的进程比一个庞大的进程更容易监控，也更容易了解哪个服务使用了多少内存、网络、硬盘和CPU等。

Docker如何带来改变

Docker容器提供了一种理想的方式来打包应用，使得应用在Linux机器上部署更加方便；对不同的操作环境和不同的程序都可以使用同一个Docker镜像而不需要改变；容器之间彼此隔离，并且通过cgroups对IO、内存、CPU等的用量进行限制。所有在Linux上可以使用的技术（Java、python、ruby、nodejs、golang等）都可以在Docker容器中很好的运行。

Docker容器最大的优点之一就是你可以以重复的方式在任何机器上同时启动多个实例，因为这些实例都是基于同一个不变的、可重复使用的镜像。每个容器实例都可以把自己的持久状态挂在在卷上，但是它们的代码(甚至配置)都来自同一个不变的镜像。

所以在Docker上使用Java应用服务器的方式是为应用服务器和你想在生产环境中运行的部署单元创建一个镜像。

在升级服务的时候不再需要在webapps/deploy目录下删除掉一个WAR包或者调用 REST/JMX接口，或者任何其它方式，你只需要创建一个包含新的部署单元的镜像，并且运行这个镜像。

此外，Java应用服务器不再需要在运行时部署和卸载新的代码；不再需要监控部署目录的变化或者监听来自REST/JMX接口的更改部署的请求；只需要在启动的时候启动镜像中的代码。

所以在Docker的世界中，Java应用服务器的理念（可以部署和卸载程序的动态JVM）正在逐渐消亡。

在Docker中使用应用服务的最好方式是把它们当作不可变的镜像；运行在进程中的Java代码就不再需要经常变动。新版本容器的滚动升级就可以在应用服务器之外完成（例如，通过kubernetes滚动升级，然后在容器前使用负载均衡）。

配置管理

自采用应用服务器以后，在Java生态环境中，应用被创建成一个不可变的二进制部署单元（jars、wars、ears、bundles等），发布一次就可以在不同的环境中使用。为了做到在不同的环境中运行，我们通常通过应用服务来查找资源（例如，在JEE环境下使用JNDI查找）比如查找数据库的位置或者消息代理。所以就会有单独的配置好的应用服务器集群来部署你的程序（假设应用服务器都配置正确）。

尽管在不同的操作系统，Java版本，应用服务器版本或者不匹配的配置等不同环境下容易混乱，在初步阶段程序可能还正常运行，但是如果不够仔细的话，生产环境下可能会运行出错。

而采用Docker的方法，就是把镜像不变的理念延伸到操作系统和应用服务器上；所以根据操作系统、java环境，应用服务器和部署单元制定的同一个二进制镜像可以在每一个特定环境下运行。所以在一个特定环境下不存在应用服务器配置错误的问题，因为同一个二进制镜像可以在所有环境下运行。

为了做到这一点，在每一个环境下都有服务发现就显得极其有用，这使得同一个镜像在每个环境下都使用正确的配置并且准确无误地运行变得简单。例如，像kubernetes服务发现让在所有环境使用同一个二进制镜像并且使用服务发现连接数据库、消息中间件变得可行。

总结

所以，这就意味着Java应用服务器没用了吗？在Docker的世界里，确实再也没有必要在生产环境中运行着的Java进程中热部署Java代码了。但是在开发过程中，有能力在运行的实例中热部署一份代码依旧非常有用。（尽管公平的说，你可以使用像JRebel这样的工具在Java应用做到同样的事情，大多数使用IDE调试的用户就用这种方法）

所以我想说，Java应用服务器渐渐变得更像烧录到固定镜像中的一个框架，然后在外部云中进行管理（比如通过Kubernetes）。云（如Kubernetes和Docker）在许多方面接管了很多Java应用服务器原先做的功能，并且新镜像的滚动升级对所有技术来说都是需要的（包括java/golang/nodejs/python/ruby等等）。

尽管Java用户仍然想要Java应用服务器提供的一些服务，如servlet引擎、依赖代码注入、事务处理、消息处理等等。但是你再也无需动态的在一个运行着的Java虚拟机中清理原先部署上去的代码了，这样你就可以轻易的在Java应用中植入一个servlet引擎。像Spring Boot这样的方法向你展示了如何只通过依赖代码注入和一个扁平化的类载入器，就足以胜任大多数应用服务器的功能。

作为一个开发者，在用Java应用服务器工作时遇到最大问题之一就在于载入Java类时的复杂性，我相信在这一点上我们都讨厌Java的类载入器问题。

尽管你可以通过使用BOM文件在项目中导入一个maven构建的依赖关系来修复这些问题，但是为JEE服务开发者们屏蔽jar包的具体实现依然有一定的价值，你无需再搞清复杂的类载入器的树关系或者图关系。就算类路径关系简单，你还有可能面临版本冲突问题。所以如果有办法隔离类载入器会非常有用。不过有时候使用一个jar包的不同版本也意味着编码上可能有些问题，是不是意外着是时候把代码重构一下，变成两个独立的服务，这样就可以有一个简洁漂亮扁平的类载入器？

如果一个Java应用服务器进程现在只启动了一个静态已知的Java代码集合，应用服务器的想法会变成一个帮助你进行代码注入以及包含你所需模块服务的方法，这就听起来更像是一个框架而非我们原本意外的一个Java 应用服务器。

许多Java开发者学会了如何使用应用服务器，并且在Docker的世界中仍会继续使用，这一点很好。但是与此同时我也看到，他们对此的使用真在消减，因为许多应用服务器本来在过去帮我们完成的事情，现在Docker、Kubernetes及相关框架可以用一种更简单、更高效的方式帮我们完成。

Docker和云给我们带来的一个巨大的好处就是，开发者可以选择他们想要使用的技术，他们可以为合适的工作选择适当的工具，并且可以把他们的技术用同样的方法进行管理和提高给用户，无论使用的是何种语言何种框架。你可以在最初使用你知道的技术，随着时代的变化迁移到更轻量级的替代中。

在fabric8项目中，我们确实不知道你想要使用何种应用服务器或者框架，所以Camel Boot、CDI 、Spring Boot 、 Karaf 、Tomcat 、 Vertx、Wildfly这些我们在quickstarts中都支持。感谢Kubernetes，我们可以提高同样的供应、管理以及工具化经验，无论你选择的应用服务器或框架到底是什么。举个例子，如果你使用fabric8 V2开始一个新的Camel项目，我们强烈建议你使用Camel Boot工具或者尝试使用Spring Boot Quickstarts。

我越来越多的看见Java用户选择像Camel Boot、CDI、Dropwizard、Vertx或者Spring Boot 这些更轻量级的框架，并且随着时间越来越少使用Java应用服务器。尽管我们依然需要使用依赖注入和框架。

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