1. 概述

1.1 定義

Quarkus定位要做超聲速、亞原子的Java框架，使用最好標(biāo)準(zhǔn)為OpenJDK HotSpot和GraalVM量身定制的Kubernetes Native Java棧；從一開(kāi)始就是針對(duì)Kubernetes設(shè)計(jì)的云原生優(yōu)化Java應(yīng)用開(kāi)發(fā)框架;兼容主流的框架開(kāi)發(fā)模式如Jpa、Netty、Undertow、Hibernate、JWT、Spring。最新版本為2.13.3。

• Quarkus 官網(wǎng)：https://quarkus.io/
• Quarkus GitHub：https://github.com/quarkusio/quarkus

1.2 GraalVM 簡(jiǎn)介

GraalVM 是 Oracle 開(kāi)發(fā)的高性能的多語(yǔ)言運(yùn)行時(shí) JDK，旨在提高 Java 應(yīng)用程序的性能，同時(shí)消耗更少的資源。

GraalVM 提供了兩種運(yùn)行Java應(yīng)用程序的方法：在HotSpot JVM上使用 Graal 即時(shí)（JIT）編譯器或者作為預(yù)先（AOT）編譯的本機(jī)可執(zhí)行文件。

除了 Java，它還提供了 JavaScript、Ruby、Python 和其他一些流行語(yǔ)言的運(yùn)行時(shí)。GraalVM 的多語(yǔ)言功能使得在一個(gè)應(yīng)用程序中混合編程語(yǔ)言成為可能，同時(shí)消除了任何外語(yǔ)調(diào)用成本。目前最新版本為 22.3。

• GraalVM 可以創(chuàng)建原生可執(zhí)行文件；
• GraalVM 提供的原生鏡像（native image）功能可以把Java代碼預(yù)先編譯（Ahead-Of-Time，AOT）成獨(dú)立的可執(zhí)行文件。該可執(zhí)行文件包括了應(yīng)用本身的代碼、所依賴的第三方庫(kù)和 JDK 本身。該執(zhí)行文件并不運(yùn)行在 Java 虛擬機(jī)之上，而是名為 Substrate 的虛擬機(jī)。與運(yùn)行在傳統(tǒng)的 Java 虛擬機(jī)上相比，原生可執(zhí)行文件在運(yùn)行時(shí)的啟動(dòng)速度更快，所耗費(fèi)的內(nèi)存資源更少?？蓤?zhí)行文件的體積也更小；
• GraalVM 生成的原生可執(zhí)行文件與底層平臺(tái)相關(guān)，不能在當(dāng)前平臺(tái)之外的其他平臺(tái)上運(yùn)行。但對(duì)云原生應(yīng)用來(lái)說(shuō)，這并不是一個(gè)問(wèn)題。云原生應(yīng)用的設(shè)計(jì)目標(biāo)是在容器中運(yùn)行，所運(yùn)行的底層平臺(tái)是固定的。

1.3 為何使用

使用 Spring Boot 的快速開(kāi)發(fā)企業(yè)級(jí)應(yīng)用的微服務(wù)啟動(dòng)慢，從一個(gè)應(yīng)用從啟動(dòng)到服務(wù)可用，一般是數(shù)秒。在對(duì) CPU 核數(shù)和內(nèi)存嚴(yán)格限制的情況下，花數(shù)十秒啟動(dòng)的情況也屢見(jiàn)不鮮。這樣的問(wèn)題無(wú)法適應(yīng)需要快速重啟或快速擴(kuò)容的場(chǎng)景。不僅如此，內(nèi)存消耗也很大。如果限制在 1G 時(shí) FullGC 頻率變大，且經(jīng)常觸發(fā) OMM 后 Kill 導(dǎo)致 pod 重啟，并且啟動(dòng)時(shí)間也會(huì)變長(zhǎng)。

相比之下，集群中使用 GO 語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的應(yīng)用則配置 128M 內(nèi)存也可正常使用。以 JVM 模式運(yùn)行的 Java 應(yīng)用，并不太適合于云原生應(yīng)用的開(kāi)發(fā)，而擁抱云原生則是未來(lái)技術(shù)的大趨勢(shì)。

容器云已經(jīng)為未來(lái)主流，也即是軟件都是運(yùn)行在 K8S 這樣的容器集群里。而容器環(huán)境需要應(yīng)用具備啟動(dòng)速度快，資源占用小，響應(yīng)時(shí)間短等特性。Quarkus 順應(yīng)這種趨勢(shì)而生的。

• 對(duì)于云原生應(yīng)用來(lái)說(shuō)，平臺(tái)無(wú)關(guān)性變得無(wú)關(guān)緊要。云原生應(yīng)用都是以容器化的形式運(yùn)行的，所運(yùn)行的底層平臺(tái)是固定的；
• 云原生應(yīng)用對(duì)啟動(dòng)速度的要求比較高。當(dāng)需要進(jìn)行水平擴(kuò)展時(shí)，要求這些新的實(shí)例必須在足夠短的時(shí)間內(nèi)完成啟動(dòng)，從而盡快的處理新增的請(qǐng)求；
• 云原生應(yīng)用要求在運(yùn)行時(shí)占用盡可能少的資源。盡可能的減少單個(gè)實(shí)例占用的資源，就意味著可以用同樣的成本，支持更多的訪問(wèn)請(qǐng)求；
• 云原生應(yīng)用要求更小的打包體積。云原生應(yīng)用以容器鏡像的形式打包。應(yīng)用鏡像的尺寸越大，所需要的存儲(chǔ)空間也會(huì)越大，推送和拉取鏡像所耗費(fèi)的時(shí)間也會(huì)更長(zhǎng)。

Quarkus具備企業(yè)級(jí)應(yīng)用開(kāi)發(fā)能力。

在 Serverless 服務(wù)器架構(gòu)、微服務(wù)、容器、Kubernetes、功能即服務(wù)（FaaS）和云環(huán)境中運(yùn)行 Java 而言，考慮了所有這些因素的 Quarkus 堪稱是一個(gè)有效的解決方案。

1.4 特性

容器優(yōu)先

構(gòu)建期即生成云原生鏡像執(zhí)行文件。

Quarkus 為 GraalVM 和 HotSpot 定制應(yīng)用程序?？焖賳?dòng)、低內(nèi)存消耗、體積小，在 Kubernetes 這樣的容器編排平臺(tái)上提供了近乎實(shí)時(shí)的擴(kuò)展和高密度的內(nèi)存利用率。這就是使用了編譯時(shí)引導(dǎo)的技術(shù)。

• 支持 Graal/SubstrateVM
• 構(gòu)建時(shí)元數(shù)據(jù)處理
• 盡量減少 JNI 調(diào)用
• 減少反射的使用
• 本機(jī)映像預(yù)啟動(dòng)

Kubernete 原生

構(gòu)建期即生成云原生鏡像執(zhí)行文件，可以與 Docker 和 Kubernetes 輕松集成，Quarkus 和 Kubernetes 的組合可以伸縮、快速創(chuàng)建輕量級(jí)的應(yīng)用程序。Quarkus 通過(guò)工具、預(yù)構(gòu)建的集成、應(yīng)用程序服務(wù)等顯著提高了開(kāi)發(fā)人員的工作效率。

命令式和響應(yīng)式

在設(shè)計(jì)上 Quarkus 能夠在開(kāi)發(fā)應(yīng)用時(shí)無(wú)縫地結(jié)合熟悉的命令式代碼和非阻塞、響應(yīng)式樣式。這對(duì)于習(xí)慣使用命令式模型而不想切換風(fēng)格的 Java 開(kāi)發(fā)人員以及使用云原生/響應(yīng)式方法的開(kāi)發(fā)人員都非常有用。

社區(qū)和標(biāo)準(zhǔn)

擁抱 JavaEE 標(biāo)準(zhǔn)，使用 JavaEE 官方 RESTful、CDI 等標(biāo)準(zhǔn)接口。Quarkus 提供了一個(gè)內(nèi)聚的、輕量的全?？蚣?，包含超過(guò) 50 個(gè)使用的最佳類庫(kù)。

對(duì)開(kāi)發(fā)者友好

學(xué)習(xí)成本也低,具有統(tǒng)一的配置和簡(jiǎn)單的本地可執(zhí)行文件生成，零配置，實(shí)時(shí)重新加載，80% 的常用標(biāo)準(zhǔn)和 20% 靈活應(yīng)用。

1.5 官方性能數(shù)據(jù)

從圖中可以看出，使用 Quarkus 和 GraalVM 的簡(jiǎn)單的 REST 應(yīng)用的啟動(dòng)時(shí)間僅為 16 毫秒，占用內(nèi)存僅 12MB。如果使用傳統(tǒng)的基于 Java 虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用的啟動(dòng)時(shí)間需要 4.3 秒，占用內(nèi)存為 136MB。

基于 Spring Boot + MyBatis Plus + Vue & Element 實(shí)現(xiàn)的后臺(tái)管理系統(tǒng) + 用戶小程序，支持 RBAC 動(dòng)態(tài)權(quán)限、多租戶、數(shù)據(jù)權(quán)限、工作流、三方登錄、支付、短信、商城等功能

• 項(xiàng)目地址：https://gitee.com/zhijiantianya/ruoyi-vue-pro
• 視頻教程：https://doc.iocoder.cn/video/

2. 實(shí)戰(zhàn)

入門示例項(xiàng)目步驟：

• 安裝 GraalVM
• 創(chuàng)建 Quarkus工程
• IDEA 導(dǎo)入項(xiàng)目
• IDEA 編碼運(yùn)行和調(diào)試
• 打包成普通的 jar
• 打包成依賴 GraalVM 的二進(jìn)制文件
• 打包成不依賴 GraalVM 的二進(jìn)制文件
• 制作成 Docker 鏡像

2.1 安裝 GraalVM

GraalVM 官方文檔：https://www.graalvm.org/22.2/docs/

GraalVM GitHub：https://github.com/graalvm/graalvm-ce-builds/releases

了解 GraalVM 的最新版本 22.3 的使用可以查閱 GraalVM 官方文檔。先從 GitHub 下載 GraalVM 。這里先以下載windows版本為例，下載后的文件 graalvm-ce-java11-windows-amd64-22.2.0.zip，解壓到本地磁盤目錄，查看版本信息如下：

>基于SpringCloudAlibaba+Gateway+Nacos+RocketMQ+Vue&Element實(shí)現(xiàn)的后臺(tái)管理系統(tǒng)+用戶小程序，支持RBAC動(dòng)態(tài)權(quán)限、多租戶、數(shù)據(jù)權(quán)限、工作流、三方登錄、支付、短信、商城等功能
>
>*項(xiàng)目地址：
>*視頻教程：

#windows
PATH環(huán)境變量增加路徑：D:ProgramFilesJavagraalvm-ce-java11-22.2.0in
JAVA_HOME配置環(huán)境變量：D:ProgramFilesJavagraalvm-ce-java11-22.2.0

#linux
wgethttps://github.com/graalvm/graalvm-ce-builds/releases/download/vm-22.2.0/graalvm-ce-java17-linux-amd64-22.2.0.tar.gz
tar-xvfgraalvm-ce-java17-linux-amd64-22.2.0.tar.gz

exportGRAALVM_HOME=/home/commons/graalvm-ce-java17-22.2.0
exportPATH=$PATH:$GRAALVM_HOME/bin
exportJAVA_HOME=${GRAALVM_HOME}
exportPATH=$PATH:$JAVA_HOME/bin
exportMAVEN_HOME=/home/commons/apache-maven-3.8.6
exportPATH=$PATH:$MAVEN_HOME/bin

2.2 創(chuàng)建 Quarkus 工程

萬(wàn)丈高樓平地起，首先是創(chuàng)建 Quarkus 項(xiàng)目。與 Spring Boot類似，Quarkus 為我們提供了多種方式創(chuàng)建 Quarkus 工程，下面對(duì)常用的 3 種進(jìn)行介紹。

IDEA 支持創(chuàng)建 Quarkus 項(xiàng)目

maven 命令支持創(chuàng)建（使用的是 apache-maven-3.8.6）

mvnio.quarkuscreate-DprojectGroupId=cn.itxs-DprojectArtifactId=quarkus-web-demo-m-DprojectVersion=1.0-SNAPSHOT-DclassName=FirstResource-Dpath=actions

通過(guò)官方提供 Quarkus 代碼生成 https://code.quarkus.io/ 頁(yè)面在線創(chuàng)建，這種方法直觀且簡(jiǎn)單（不用記命令），推薦使用。添加自己的 maven 配置，然后下載網(wǎng)站生成的工程包。

我們先以第三種為例說(shuō)明，通過(guò)在線網(wǎng)頁(yè)生成 quarkus-web-demo.zip。解壓后用 tree 命令看看項(xiàng)目結(jié)構(gòu)，是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 maven 工程，多了個(gè) docker 目錄，里面有幾個(gè) Dockerfile 文件相關(guān)的問(wèn)題。

目錄結(jié)構(gòu)如下：

2.3 IDEA 導(dǎo)入項(xiàng)目

IDEA 導(dǎo)入上面的 Maven項(xiàng)目，幾分鐘下載依賴后項(xiàng)目已成功導(dǎo)入?？梢钥吹?Quarkus 項(xiàng)目的 pom 文件核心依賴為 quarkus-bom。Quarkus 官方認(rèn)為傳統(tǒng)的接口就是一個(gè)個(gè)對(duì)外方法的資源，所以在 Quarkus 里面是以 Resource 資源的概念來(lái)進(jìn)行的。

2.4 IDEA 運(yùn)行和調(diào)試

在 IDEA 要運(yùn)行和調(diào)試 Quarkus 的項(xiàng)目，首先得在項(xiàng)目添加 SDK，并將路徑指向剛才解壓的目錄。

修改項(xiàng)目的 GreetingResource 源文件示例方法返回值內(nèi)容"Hello ITXS RESTEasy",同樣也修改單元測(cè)試 GreetingResourceTest 的測(cè)試方法的值為上面的內(nèi)容，在運(yùn)行菜單中點(diǎn)擊添加新的 Quarkus 配置。

新建后點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕（mvn compile quarkus:dev ），正常運(yùn)行輸出日志如下：

訪問(wèn)本地 http://localhost:8080/hello 后可以看到正確的返回結(jié)果，同樣也可以直接點(diǎn)擊調(diào)試按鈕進(jìn)入調(diào)試模式。

2.5 打包成普通的 Jar

通過(guò) maven 的 package 打包后，生成打包目錄如下：

可以直接通過(guò) java -jar 運(yùn)行 quarkus-app 目錄下 quarkus-run.jar 和 quarkus-web-demo-1.0.0-SNAPSHOT-native-image-source-jar 目錄下的 quarkus-web-demo-1.0.0-SNAPSHOT-runner.jar。不到 1 秒的時(shí)間就啟動(dòng)完畢了。

訪問(wèn)上面測(cè)試地址同樣可以看到正確的結(jié)果：

2.6 打包成依賴 GraalVM 二進(jìn)制文件

此方法打包的二進(jìn)制文件仍需要依賴 GraalVM，但由于代碼已經(jīng)做了靜態(tài)編譯處理，所以執(zhí)行效率有大幅提升，比較適合容器化啟動(dòng)。

先安裝 VS C++依賴，下載 Visual Studio Installer，需要取消中文并選擇英文。然后使用 powershell 進(jìn)入到項(xiàng)目根目錄，執(zhí)行 mvn package -Pnative 命令后報(bào)錯(cuò)：

根據(jù)提示安裝 native-image 執(zhí)行安裝命令和確認(rèn)是否配置了 GRAALVM_HOME、JAVA_HOME 環(huán)境變量

guinstallnative-image
#重新執(zhí)行打包
mvnpackage-Pnative

直接運(yùn)行生成的可執(zhí)行文件 quarkus-web-demo-1.0.0-SNAPSHOT-runner，確實(shí)飛快，啟動(dòng)時(shí)間只要 0.033s，訪問(wèn)hello也正常顯示。

2.7 打包成不依賴 GraalVM 的二進(jìn)制文件

需要本機(jī)先裝有 docker 的環(huán)境，這里用的是 docker desktop。打包有多種方法，可以直接 maven 參數(shù)構(gòu)建，也可以在 appllications.properties 文件中增加構(gòu)建參數(shù)。

quarkus.native.container-build=true
quarkus.native.native-image-xmx=4096m

#終端命令中執(zhí)行打包
mvncleanpackage-Dnative

2.8 制作 docker 鏡像

直接通過(guò) Dockerfile.native 制作 docker 鏡像：

dockerbuild
-fsrc/main/docker/Dockerfile.native
-tbolingcavalry/quarkus-web-demo:0.0.1.

執(zhí)行 docker 命令生成成功：

查看鏡像已經(jīng)生成：

通過(guò) docker run 命令啟動(dòng)后查看容器的信息：

通過(guò) curl -L http://172.17.0.2:8080/hello -w ' ' 也可以正常訪問(wèn)。