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Quarkus: 云原生时代的Java框架 ​

云原生简介 ​

什么是云原生？ ​

云原生体系结构和技术是一种方法，用于设计、构造和操作在云中构建并充分利用云计算模型的工作负载。 云原生技术有利于各组织在公有云、私有云和混合云等新型动态环境中，构建和运行可弹性扩展的应用。

云原生的代表技术 ​

微服务 ​

云原生系统采用微服务，而微服务是一种用于构造新式应用程序的常用体系结构样式。 微服务构建为一组通过共享结构进行交互的分布式小型独立服务，共同具有以下特征：

  • 各自都在较大的域上下文中实现特定业务功能。

  • 各自都自主开发，可以独立部署。

  • 各自都是独立的，封装其自己的数据存储技术、依赖项和编程平台。

  • 各自都在自己的进程中运行，并使用 HTTP/HTTPS、gRPC、WebSocket 或 AMQP 等标准通信协议与其他微服务进行通信。

  • 它们组合在一起形成应用程序。

    容器 ​

    容器是与系统其他部分隔离开的一系列进程 容器提供进程级的隔离，可以将操作系统管理的资源划分到相互隔离的组中，在相互隔离的组之间解决资源使用存在冲突的问题 容器是微服务的最佳载体，Docker是使用最广泛的一种容器技术。

    Kubernetes ​

    Kubernetes用于编排管理容器的生命周期，是整个云原生的基石，云原生的整个生态体系都是依靠Kubernetes建立起来的。 Kubernetes作为云应用的部署标准，直接面向业务应用，大大提高了云应用的可移植性，解决云厂商锁定的问题，让云应用可以在跨云之间无缝迁移，甚至用来管理混合云，成为企业 IT 云平台的新标准。

服务网格 ​

服务网格(Service Mesh)，是指用以处理服务与服务之间通信的基础设施层。 服务网格 核心是业务逻辑与非业务逻辑解耦，实现开发只需关注业务逻辑的实现。将一大堆和业务逻辑无关的客户端 SDK（如服务发现，路由，负载均衡，限流降级等）从业务应用中剥离出来，放到单独的 Proxy（Sidecar） 进程中，之后下沉到基础设施中间件 Mesh（类似 TDDL 到 DRDS 的模式）。 服务网格的出现弥补了Kubernetes在微服务的连接、管理和监控方面的短板，为Kubernetes提供更好的应用和服务管理。 Istio是是目前最广为人知的一款服务网格架构。

云原生的优点 ​

快速迭代 ​

利用云原生应用程序开发，使得交付团队可以使用重复的自动化和编排来快速迭代，让开发人员有更多的精力聚焦于业务开发上。

自动部署 ​

相比于传统方法需要投入大量的精力来构建开发环境，云原生架构具备自动化和组合功能，交付十分敏捷，而不再需要人工干预重复执行。

独立高效 ​

云原生将应用程序代码解耦成独立模块化单元，降低微服务的部属时间与互依性，提高应用的扩展性等。

Java在云原生时代的挑战 ​

Java的优势 ​

  • 庞大的生态，丰富的插件，活跃的社区；
  • 平台无关性，一次运行，处处运行；
  • 垃圾回收机制，不用手动回收内存；

Java的劣势 ​

  • 依赖JDK
  • 启动慢
  • 资源占用率高

Quarkus ​

什么是Quarkus ​

Quarkus 是专为 OpenJDK HotSpot 和 GraalVM 定制的全栈 Kubernetes 原生 Java 应用程序框架。与如 Spring 之类的其他框架相比，它提供了较小的内存占用并缩短了启动时间。它允许结合命令式和非阻塞响应式编程。 img

Quarkus的特性 ​

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Quarkus与传统Java应用的启动步骤对比 ​

  • 传统应用的启动步骤 img
  • Quarkus应用的启动步骤 img

Quarkus功能介绍 ​

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将应用从SpringBoot 迁移到Quarkus ​

依赖替换 ​

  • io.quarkus:quarkus-spring-boot-properties: 使用注释如@ConfigurationProperties时需要;
  • io.quarkus:quarkus-spring-di：使用注释如@Service、Configuration时需要;
  • io.quarkus:quarkus-spring-web：使用注释如@RestController、GetMapping时需要;

类替换 ​

img

注解替换 ​

img

异常处理替换 ​

  • SpringBoot

    java
    import javax.ws.rs.WebApplicationException;
import javax.ws.rs.core.Response;
import javax.ws.rs.ext.ExceptionMapper;
import javax.ws.rs.ext.Provider;
@Provider
public class UncaughtExceptionMapper implements ExceptionMapper<Exception> {
//...
@Override
public Response toResponse(Exception ex) {
    if (ex instanceof WebApplicationException) {
        return ((WebApplicationException)ex).getResponse();
    }
    logger.error("Uncaught exception", ex);
    return Response.status(Response.Status.BAD_REQUEST).build();
}
}COPY

  • Qurakus

    java
    @ControllerAdvice
public class GlobalExceptionHandlers {
//...
@ExceptionHandler(Exception.class)
public ResponseEntity<Void> handleException(Exception ex) {
    logger.error("Uncaught exception", ex);
    return ResponseEntity.badRequest().build();
}
}COPY

案例演示 ​

SpringBoot工程 ​

  • 打包mvn installimg
  • 打包后产物 img
  • 启动运行`java -jar -Dserver.port=3050 target/wakatime-sync.jar img

Quarkus工程 ​

  • 打包 mvn package -Dnativeimg
  • 打包后产物 img
  • 启动./target/wakatime-sync-1.0-runnerimg

Quarkus的局限性和缺点 ​

  • 动态类加载
  • 反射
  • 动态代理
  • JNI
  • Java 安全管理器
  • 编译原生镜像耗时且占用资源较多
  • 生成的镜像没法做到一处编译，处处运行
  • 虽然社区活跃，支持的插件已有100多个，但相比Spring生态来说还是远远不够，需要插件都需要自己开发

参考阅读 ​

  1. GraalVM指南
  2. Quarkus指南
  3. Quarkus插件社区
  4. Quarkus实战教程
  5. 原生镜像兼容性和优化指南