1. 概述
GraalVM 使用其 Ahead-of-Time (AOT) 编译器将Java应用程序编译成机器可执行文件。这些可执行文件直接在目标机器上运行，无需使用即时（JIT）编译器。由GraalVM生成的二进制文件更小，启动速度快，无需预热即可提供峰值性能。此外，这些可执行文件的内存占用和CPU资源比在JVM上运行的应用程序更低。
Docker允许我们将软件组件打包成Docker镜像并作为Docker容器运行。Docker容器包含了应用程序运行所需的一切，包括应用代码、运行时、系统工具和库。
本教程将讨论如何创建一个GraalVM原生映像的Java应用程序，并随后讨论如何使用这个原生映像作为Docker镜像并以容器形式运行它。
2. 原生映像详解
原生映像是将Java代码提前编译成原生可执行文件的技术。这个原生可执行文件只包含在运行时所需的代码，包括应用类、标准库类、语言运行时以及JDK中静态链接的本地代码。
原生映像构建器（native-image）会扫描应用类和其他元数据，生成特定于操作系统和架构的二进制文件。native-image工具会进行静态应用代码分析，以确定在应用程序运行期间可达的类和方法，然后将所需的类、方法和资源编译成可执行的二进制文件。
3. 原生映像的优势
原生映像可执行文件有以下优势：
- 由于只编译运行时所需的资源，所以可执行文件体积较小。
- 由于直接在目标机器上执行，启动时间极快，无需JIT编译器。
- 具有较小的攻击面，因为它仅包装所需的资源。
- 适用于轻量级容器镜像，如Docker镜像，以便快速高效部署。
4. 构建GraalVM原生映像
本节将为一个Spring Boot应用构建GraalVM原生映像。首先，我们需要安装GraalVM并设置JAVA_HOME环境变量。其次，创建一个带有Spring Web（版本3.1.4）和GraalVM Native Support依赖项的Spring Boot应用：
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
<version>3.1.5</version>
</dependency>
还需要添加以下插件以支持GraalVM的原生支持：
<build>
<plugins>
<plugin>
<groupId>org.graalvm.buildtools</groupId>
<artifactId>native-maven-plugin</artifactId>
<version>0.9.27</version>
</plugin>
</plugins>
</build>
此应用包含一个示例REST控制器：
@RestController
class HelloController {
@GetMapping
public String hello() {
return "Hello GraalVM";
}
}
现在，我们使用Maven命令构建原生可执行文件：
$mvn -Pnative native:compile
native-maven-plugin用于构建GraalVM原生映像。由于GraalVM原生映像编译器执行静态代码分析，因此与常规Java应用编译相比，构建时间较高。
以下是GraalVM编译的输出：
========================================================================================================================
GraalVM Native Image: Generating 'springboot-graalvm-docker' (executable)...
========================================================================================================================
<strong>[1/8] Initializing... (42.7s @ 0.15GB)</strong>
Java version: 17.0.8+9-LTS, vendor version: Oracle GraalVM 17.0.8+9.1
Graal compiler: optimization level: 2, target machine: x86-64-v3, PGO: ML-inferred
C compiler: gcc (linux, x86_64, 11.3.0)
Garbage collector: Serial GC (max heap size: 80% of RAM)
// Omitted for clarity
<strong>[2/8] Performing analysis... [******] (234.6s @ 1.39GB)</strong>
15,543 (90.25%) of 17,222 types reachable
25,854 (67.59%) of 38,251 fields reachable
84,701 (65.21%) of 129,883 methods reachable
4,906 types, 258 fields, and 4,984 methods registered for reflection
64 types, 70 fields, and 55 methods registered for JNI access
4 native libraries: dl, pthread, rt, z
[3/8] Building universe... (14.7s @ 2.03GB)
[4/8] Parsing methods... [*******] (55.6s @ 2.05GB)
[5/8] Inlining methods... [***] (4.9s @ 2.01GB)
[6/8] Compiling methods... [**********
[6/8] Compiling methods... [*******************] (385.2s @ 3.02GB)
[7/8] Layouting methods... [****] (14.0s @ 2.00GB)
[8/8] Creating image... [*****] (30.7s @ 2.72GB)
48.81MB (58.93%) for code area: 48,318 compilation units
30.92MB (37.33%) for image heap: 398,288 objects and 175 resources
3.10MB ( 3.75%) for other data
82.83MB in total
// Omitted for clarity
Finished generating 'springboot-graalvm-docker' in 13m 7s.
// Omitted for clarity
在上述编译输出中，注意以下几点：
- 使用GraalVM Java编译器编译应用。
- 编译器检查类型、字段和方法的可达性。
- 然后构建原生执行文件，并显示可执行文件大小和编译所用时间。
成功构建后，可以在目标目录下找到原生可执行文件。该可执行文件可以直接在命令行中执行。
5. 构建Docker镜像
在这一节，我们将为上一步生成的原生可执行文件开发一个Docker镜像。
让我们创建以下Dockerfile：
FROM ubuntu:jammy
COPY target/springboot-graalvm-docker /springboot-graalvm-docker
CMD ["/springboot-graalvm-docker"]
接下来，使用以下命令构建Docker镜像：
$docker build -t springboot-graalvm-docker .
成功构建后，我们可以看到springboot-graalvm-docker Docker镜像已可用：
$docker images | grep springboot-graalvm-docker
我们可以使用以下命令执行这个镜像：
$docker run -p 8080:8080 springboot-graalvm-docker
上述命令启动容器，我们可以注意到Spring Boot启动日志：
// Ommited for clarity
*** INFO 1 --- [ main] w.s.c.ServletWebServerApplicationContext : Root WebApplicationContext: initialization <strong>completed in 14 ms</strong>
*** INFO 1 --- [ main] o.s.b.w.embedded.tomcat.TomcatWebServer : Tomcat started on port(s): 8080 (http) with context path ''
*** INFO 1 --- [ main] c.b.g.GraalvmDockerImageApplication : Started GraalvmDockerImageApplication in 0.043 seconds (process running for 0.046)
应用在43毫秒内启动。我们可以通过访问以下命令来访问REST端点：
$curl localhost:8080
它显示以下输出：
Hello GraalVM
6. 总结
在这篇文章中，我们为一个GraalVM原生可执行文件构建了Docker镜像。
我们首先讨论了GraalVM原生映像及其优势，它适用于首次启动和低内存占用的需求场景。接着，我们使用GraalVM原生映像编译器为Spring Boot应用生成了原生可执行文件。最后，我们使用原生可执行文件创建了一个Docker镜像，并启动了一个带有该镜像的Docker容器。
此应用的源代码可在GitHub上获取。