Spring Boot 原生镜像技术实践

1. 概述

随着微服务架构的流行，庞大的单体应用正逐渐成为历史。Java 也在积极适应现代需求，例如 Oracle、Red Hat、BellSoft 等公司正在共同开发 GraalVM 项目。一年前，专为微服务设计的 Quarkus 框架也正式发布。在 Spring Boot 生态中，VMware 已经投入两年时间开发 Spring Native 项目。

得益于 VMware 与 BellSoft 的合作，Spring Native 已成为端到端的原生镜像解决方案，其中包含基于 GraalVM 源码的 Liberica Native Image Kit 工具。通过 Spring Native 和 Liberica NIK，开发者可以构建 Spring Boot 应用的原生可执行文件，显著优化资源消耗并缩短启动时间。

本教程将通过三种方式构建并运行同一个应用（经典 JAR 包、使用 Liberica JDK 和 Spring Native 的原生镜像容器、使用 Liberica NIK 的原生镜像），对比它们的启动速度。我们将以 Spring Native 项目中的 petclinic JDBC 应用为例进行演示。

2. 安装 Liberica JDK

首先需要为系统安装 Java 运行时。访问 Liberica JDK 下载页，选择适合平台的版本。这里我们使用 JDK 11 的 x86 Linux Standard JDK 包。

安装 Liberica JDK 有两种方式：

• 通过包管理器安装
• 下载 *.tar.gz 包（Windows 用户下载 *.zip 包）

后者虽然稍复杂，但只需四步即可完成：

1. 进入目标安装目录：

   cd directory_path_name
   

2. 下载安装包（若无 wget 命令，可通过 brew install wget 安装）：

   wget https://download.bell-sw.com/java/11.0.14.1+1/bellsoft-jdk11.0.14.1+1-linux-amd64.tar.gz
   

3. 解压到当前目录：

   tar -zxvf bellsoft-jdk11.0.14.1+1-linux-amd64.tar.gz
   

4. 设置 JAVA_HOME 环境变量：

   export JAVA_HOME=$(pwd)/jdk-11.0.14.1
   

注意：macOS 和 Windows 用户可参考 Liberica JDK 安装指南。

3. 获取 Spring Native 项目

通过以下命令克隆包含 petclinic 示例的 Spring Native 项目：

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

4. 构建 JAR 文件

进入 petclinic JDBC 示例目录：

export PROJECT_DIR=$(pwd)/spring-native/samples/petclinic-jdbc && cd $PROJECT_DIR

执行构建命令生成 JAR 包：

./mvnw clean install

这将生成 24 MB 的 target/petclinic-jdbc-0.0.1-SNAPSHOT.jar 文件。通过以下命令测试运行：

java -jar target/petclinic-jdbc-0.0.1-SNAPSHOT.jar

5. 使用 Liberica JDK 构建原生镜像容器

现在将应用容器化。确保 Docker 守护进程 正在运行（Windows/macOS x86 用户需为 Docker 分配至少 8GB 内存）。在 petclinic JDBC 目录执行：

./mvnw spring-boot:build-image

构建完成后，通过以下命令启动容器：

docker run -it docker.io/library/petclinic-jdbc:0.0.1-SNAPSHOT

踩坑提示：Apple M1 用户因缺少必要的 Docker 构建包，此步骤不可用。但最新版 Liberica NIK 已完全兼容 Apple Silicon，可直接跳到下一步。

6. 使用 Liberica NIK 构建原生镜像

下面使用 Liberica Native Image Kit 构建另一个版本的原生镜像。以下是 Linux 安装步骤（macOS/Windows 用户请参考 Liberica NIK 安装指南）。

1. 进入目标安装目录：

   cd directory_path_name
   

2. 下载 Liberica NIK Core（包含 Liberica VM 和基于 GraalVM 的原生镜像工具链）：

   wget https://download.bell-sw.com/vm/22.0.0.2/bellsoft-liberica-vm-openjdk11-22.0.0.2-linux-amd64.tar.gz
   

3. 解压文件：

   tar -xzf bellsoft-liberica-vm-openjdk11-22.0.0.2-linux-amd64.tar.gz
   

4. 设置 JAVA_HOME 指向 Liberica NIK：

   export JAVA_HOME=$(pwd)/bellsoft-liberica-vm-openjdk11-22.0.0.2
   

5. 返回项目目录：

   cd $PROJECT_DIR
   

6. 执行原生构建：

   ./mvnw -Pnative install
   

这将启用 native 构建配置，生成 102.3 MB 的 target/petclinic-jdbc 二进制文件。

7. 启动时间对比

我们在 Intel Core i7-8750H CPU + SSD 的环境下测试了三种方式的启动速度：

构建方式	启动时间
传统 JAR 包	约 3.3 秒
原生镜像容器	约 0.07 秒
Liberica NIK 原生镜像	约 0.068 秒

8. 结论

即使 Spring Native 项目仍处于 Beta 阶段，其构建的原生镜像已表现出色，启动时间提升效果显著。随着 Spring Native 正式版发布，结合 Liberica Native Image Kit 作为端到端解决方案，我们有望获得更优的性能表现。