Spring Native Beta 来了，原生更香

Spring 团队日前发布了 Spring Native Beta 版。通过 Spring Native，Spring 应用将有机会与 GraalVM 原生镜像的方式运行。为了更好地支持原生运行，Spring Native 提供了 Maven 和 Gradle 插件，并且提供了优化原生配置的注解。

最近，Spring 发布了 Spring Native 的 beta 版本，该功能已经在 start.spring.io 上可用了。

https://github.com/spring-projects-experimental/spring-native

https://start.spring.io/

这意味着，除了 Spring 诞生以来就支持的 Java 虚拟机，官方添加了使用 GraalVM 将 Spring 应用编译成原生镜像的 beta 支持，这样的话，就能提供一种新的方式来部署 Spring 应用。Spring Native 支持 Java 和 Kotlin。

这些原生的 Spring 应用可以作为一个独立的可执行文件进行部署（不需要安装 JVM），并且还能提供有趣的特征，包括几乎瞬时的启动（一般会小于 100 毫秒）、瞬时的峰值性能以及更低的资源消耗，其代价是比 JVM 更长的构建时间和更少的运行时优化。

通过简单的 mvn spring-boot:build-image 或 gradle bootBuildImage 命令，就能生成一个优化的容器镜像，它包含了一个最小的操作系统层和一个小的原生可执行文件，该文件只包含了必需的东西即 JDK、Spring 以及应用中所使用的依赖。

请看下面这个最小的容器镜像，它是一个 50MB 的可执行文件，包含了 Spring Boot、Spring MVC、Jackson、Tomcat、JDK 和应用本身。

这种原生方式，在很多场景下都会对 Spring 应用产生价值：

• 使用 Spring Cloud Function 的 Serverless 应用

• 更廉价、更可持续地托管 Spring 微服务

• 与 VMware Tanzu 这样的 Kubernetes 平台有很好的契合性

• 想要最优的容器镜像，以打包 Spring 应用和服务

在使用场景上，比如 Piotr Mińkowski 提供了一个非常棒的指南，介绍了如何在 Knative 上使用 Spring Boot 和 GraalVM 构建原生微服务。

https://piotrminkowski.com/2021/03/05/microservices-on-knative-with-spring-boot-and-graalvm/

1 团队协作

Spring Native beta 是整个 Spring 团队及其家族项目广泛合作的结果：Spring Framework、Spring Boot 还包括 Spring Data、Spring Security、Spring Cloud 和 Spring Initializr。

据悉，原生功能的工作范围比 Spring 更广，因为原生涉及到更广泛的 JVM 生态系统，所以官方一直在与 GraalVM 团队合作，以改善原生镜像的兼容性和资源消耗。

以下是来自 GraalVM 团队的 Vojin Jovanovic 的一段话。

“与 Spring 团队协作打造原生 JVM 生态系统是一件非常愉快的事情：他们深厚的技术知识，再加上对社区的敏感触觉，总是能带来最好的解决方案。最新的 Spring Native 版本，以及它在 JVM 生态系统中的众多用法，为原生编译的广泛采用铺平了道路。”

2 支持的范围

现在，Spring Native 已经从 alpha 版本毕业成为 beta，那么很重要的一点就是明确它所支持的功能范围。

Alpha 版本是第一步，实验了很多东西，并且基于一组样例改善了 Spring Native（之前叫做 Spring GraalVM Native）的架构、兼容性和资源消耗，其中有很多破坏性的变更。官方还报告了很多问题，这些问题 GraalVM 团队已经解决，从而减少 JVM 和 Spring 应用的原生镜像之间的差距。

虽然它依然被认为是实验性的，但 beta 版意味着 Spring 现在在 Spring 生态系统的一个子集上提供了对原生的支持。如果你的应用正在使用业已支持的依赖，那么你可以试用它，在出现问题时可以提 bug 或贡献 pull request。在最新的 Spring Boot 2.x 小版本的每个补丁发布时，都会有一个新的 Spring Native 版本。Spring Native 0.9.0 支持 Spring Boot 2.4.3，Spring Native 0.9.1 将支持 Spring Boot 2.4.4 等。

3 start.spring.io

Stéphane Nicoll 在对 start.spring.io 和相关 IDE 的集成中，引入了对 Spring Native 的支持，所以现在这是探索如何使用 Spring 构建原生应用最简单的方式。

添加 Spring Native 依赖后将会使用所需的依赖和插件自动配置 Maven 或 Gradle 项目，以便于支持原生。应用代码本身没有变化。

请检查自动生成的 HELP.md 文件，该文件包含了有用的链接和文档，同时它还能标记出来你是否选择了一些在原生环境下不支持的依赖。

4 预先转换

原生与 JVM 有所不同：类路径在构建时是固定的，反射或资源需要进行配置，这里没有类的懒加载（可执行文件中包含的所有内容在启动的时候都会加载进来）并且有些代码可以在构建期调用。

为了充分拥抱这些特性，并且能让 Spring 应用以最大的兼容性和最小的资源消耗运行在原生环境中，Brian Clozel 在这个版本中引入了 Spring 预先（ahead-of-time，AOT）转换的 Maven 和 Gradle 插件，这个插件会对 Spring 应用执行预先转换。

第一种转换的目的是生成 GraalVM 原生配置（反射、资源、代理、原生镜像选项），这是通过由 Andy Clement 设计和实现的一个特别棒的推断引擎做到的，该引擎能够理解 Spring 编程模型和基础设施。例如，每个带有 @Controller 注解的类，都会在生成的 reflect-config.json 文件中添加一个条目。

有些原生配置是无法推断的，对于这些情况，Spring Native 引入了原生线索（native hint）注解（参见 Javadoc 以了解详情），这些注解允许 Spring Native 支持原生配置，这种方式比常规的基于 JSON 的原生镜像配置更加可维护、类型安全和灵活。例如，Spring Native 对 MySQL 驱动支持就提供了线索注解，它们会在原生镜像配置 reflect-config.json、resource-config.json 和 native-image.properties 中生成正确的条目，如下所示：

@NativeHint(
    trigger = Driver.class,
    options = "--enable-all-security-services",
    types = @TypeHint(types = {
       FailoverConnectionUrl.class,
       FailoverDnsSrvConnectionUrl.class,
       // ...
    }), resources = {
    @ResourceHint(patterns = "com/mysql/cj/TlsSettings.properties"),
    @ResourceHint(patterns = "com.mysql.cj.LocalizedErrorMessages",
                      isBundle = true)
})
public class MySqlHints implements NativeConfiguration {}

NativeConfiguration 和其他的动态配置机制允许实现更加强大和动态化的配置生成，但是需要注意它们的 API 在未来的版本中可能会有很大变化。

Spring 开发人员也可以直接在 @Configuration 或 @SpringBootApplication 类上添加应用特定的原生线索注解，例如，对于使用 RestTemplate 或 WebClient 这样的编程 API 序列化一个 Book 类为 JSON：

@TypeHint(types = Book.class)
@SpringBootApplication
public class WebClientApplication {
    // ...
}

在使用预先转换系统时，最后一个，可能也是最强大的一个机制就是根据 Spring Boot 部署模型和 GraalVM 原生镜像特征所引入的封闭世界（closed-world）假设，它能够自动生成针对原生环境进行优化的代码。这里的目标就是限制所需的外部原生配置的数量，从而提高兼容性，这是通过原生镜像编译器对代码结构的分析实现的，同时还能通过减少反射、资源或代理所需的配置，降低资源占用。一个具体的例子就是对各种 spring.factory（Spring Boot 背后的扩展机制）的预先转换，从而实现一个优化过的程序版本，该版本不需要反射并且会过滤掉应用上下文中不必要的条目。

对 Spring AOT 来说，这只是一个开始，我们计划添加更加强大的转换，比如将 @Configuration 替换为函数式配置，从而通过预先分析替换运行时反射，能够自动生成使用像 lambda 表达式和方法引用这种程序构造的配置类。这样的话，就能允许 GraalVM 原生镜像编译器立即理解 Spring 配置，无需任何的反射配置或 *.class 资源。

需要记住的一个关键点是，在使用 Spring Native 时，这个 AOT 生成的代码在 JVM 上也会默认使用，这样的话能够通过 JVM 允许的短反馈循环（short feedback loop），用调试器和所有常规工具实现“原生友好的代码路径”。

尽管 Spring AOT 转换目前主要是由原生场景需求驱动，但是有很多转换并不是特定于原生场景的，有一些可能为 JVM 上运行的 Spring Boot 应用提供优化。和往常一样，对于这种主题，重要的是要以数据为驱动，所以我们会衡量效率和性能来驱动我们的决策。

我们很可能会完善 IDE 集成，目前请务必阅读相关文档，了解潜在的手动配置步骤，以便在 IDE 中运行应用程序之前更新生成的源码。

5 结论

在支持原生方面，Spring 有两个支柱性的策略。第一个是在不需要对现有的数百万个 Spring Boot 应用进行重大改动的情况下，对 Spring 基础架构进行调整以适应原生。这包括在 Spring 顶层项目中为实现原生友好而做出的改变，像 @NativeHint 这样的基础架构，以及在 Spring Native 中逐渐成熟的 Spring AOT 构建插件。

第二个支柱比 Spring 本身的范围更广，原生是一个与 JVM 特性有所差异的平台，但 Java 生态系统需要尽可能地保持一致，以避免出现两种截然不同的 Java 风格，如果这样的话，将会是维护上的一个挑战。

原文链接：https://spring.io/blog/2021/03/11/announcing-spring-native-beta

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