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GraalVM native-image编译后quarkus的超音速启动

时间：2023-03-09 12:09:23 | 栏目：JAVA代码 | 点击：次

前言

quarkus号称超音速亚原子JAVA为Graalvm量身定制的java堆栈，是否名副其实呢？下面就来看看真实情况如何。动手前先简单介绍下Graalvm，它是oracle出品的一个AOT编译器，可以将应用程序编译成本地映像，通俗的说可以将java编译成机器可直接执行的程序，可以参考go语言的编译输出产物。而且graalvm不仅仅支持java，对其他语言也有很好的支持。下面先看一张quarkus的java应用程序在传统的vm下面和graalvm下面的资源占用图。

graalvm：https://www.graalvm.org/

native-image编译配置

<profiles>
        <profile>
            <id>native</id>
            <activation>
                <property>
                    <name>native</name>
                </property>
            </activation>
            <build>
                <plugins>
                    <plugin>
                        <groupId>io.quarkus</groupId>
                        <artifactId>quarkus-maven-plugin</artifactId>
                        <version>${quarkus-plugin.version}</version>
                        <executions>
                            <execution>
                                <goals>
                                    <goal>native-image</goal>
                                </goals>
                                <configuration>
                                    <enableHttpUrlHandler>true</enableHttpUrlHandler>
                                    <reportErrorsAtRuntime>true</reportErrorsAtRuntime>
                                </configuration>
                            </execution>
                        </executions>
                    </plugin>
                    <plugin>
                        <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
                        <artifactId>maven-failsafe-plugin</artifactId>
                        <version>${surefire-plugin.version}</version>
                        <executions>
                            <execution>
                                <goals>
                                    <goal>integration-test</goal>
                                    <goal>verify</goal>
                                </goals>
                                <configuration>
                                    <systemPropertyVariables>
                                        <native.image.path>${project.build.directory}/${project.build.finalName}-runner</native.image.path>
                                        <java.util.logging.manager>org.jboss.logmanager.LogManager</java.util.logging.manager>
                                        <maven.home>${maven.home}</maven.home>
                                    </systemPropertyVariables>
                                </configuration>
                            </execution>
                        </executions>
                    </plugin>
                </plugins>
            </build>
        </profile>
    </profiles>

在pom文件中使用profile新增了一个native编译环境，引入了quarkus的编译插件，并激活了native的编译。实际上，这个插件只会帮你将graalvm编译指令编排好，graalvm的环境还需要你自己搭建，quarkus每个迭代的版本会针对特定的graalvm版本做优化，所以不是所有的版本都相互兼容的。比如quarkus1.5.final版本兼容graalvm19.x版本，最新的quarkus1.6.final支持graalvm20.1.1版本，各版本下载地址，下载下来后，和配置java环境一样，将目录添加到GRAALVM_HOME环境变量中即可，如：

最终quarkus的maven编译插件会帮我们生成一条这样的graalvm编译指令，如：

F:\runtime\graalvm-ce-java8-19.3.1\bin\native-image.cmd -J-Dsun.nio.ch.maxUpdateArraySize=100 -J-Djava.util.logging.manager=org.jboss.logmanager.LogManager -J-DCoordinatorEnvironmentBean.transactionStatusManagerEnable=false -J-Dvertx.logger-delegate-factory-class-name=io.quarkus.vertx.core.runtime.VertxLogDelegateFactory -J-Dvertx.disableDnsResolver=true -J-Dio.netty.leakDetection.level=DISABLED -J-Dio.netty.allocator.maxOrder=1 -J-Duser.language=zh -J-Dfile.encoding=UTF-8 --initialize-at-run-time=java.net.Inet4Address -H:+TraceClassInitialization --initialize-at-build-time= -H:InitialCollectionPolicy=com.oracle.svm.core.genscavenge.CollectionPolicy$BySpaceAndTime -H:+JNI -jar kk-org-thansfer-admin-1.0-SNAPSHOT-runner.jar -H:FallbackThreshold=0 -H:+ReportUnsupportedElementsAtRuntime -H:+ReportExceptionStackTraces -H:+AddAllCharsets -H:+IncludeAllTimeZones -H:EnableURLProtocols=http,https --enable-all-security-services -H:-UseServiceLoaderFeature -H:+StackTrace kk-org-thansfer-admin-1.0-SNAPSHOT-runner

以上就是quarkus集成graalvm编译环境的所有内容了，但是graalvm在windows系统下的编译并不友好，博主尝试过很多方法，包括通过docker容器挂载编译，都宣告失败了，所以如果你也有同样的问题，看下我们的异常是否一样：

[ERROR] Failed to execute goal io.quarkus:quarkus-maven-plugin:1.6.0.Final:native-image (default) on project kk-org-thansfer-admin: Failed to generate native image: io.quarkus.builder.BuildException: Build failure: Build failed due to errors
[ERROR] 	[error]: Build step io.quarkus.deployment.pkg.steps.NativeImageBuildStep#build threw an exception: java.lang.RuntimeException: Failed to build native image
[ERROR] 	at io.quarkus.deployment.pkg.steps.NativeImageBuildStep.build(NativeImageBuildStep.java:366)
[ERROR] 	at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke0(Native Method)
[ERROR] 	at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke(NativeMethodAccessorImpl.java:62)
[ERROR] 	at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:43)
[ERROR] 	at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:498)
[ERROR] 	at io.quarkus.deployment.ExtensionLoader$2.execute(ExtensionLoader.java:932)
[ERROR] 	at io.quarkus.builder.BuildContext.run(BuildContext.java:277)
[ERROR] 	at org.jboss.threads.ContextClassLoaderSavingRunnable.run(ContextClassLoaderSavingRunnable.java:35)
[ERROR] 	at org.jboss.threads.EnhancedQueueExecutor.safeRun(EnhancedQueueExecutor.java:2046)
[ERROR] 	at org.jboss.threads.EnhancedQueueExecutor$ThreadBody.doRunTask(EnhancedQueueExecutor.java:1578)
[ERROR] 	at org.jboss.threads.EnhancedQueueExecutor$ThreadBody.run(EnhancedQueueExecutor.java:1452)
[ERROR] 	at java.lang.Thread.run(Thread.java:745)
[ERROR] 	at org.jboss.threads.JBossThread.run(JBossThread.java:479)
[ERROR] Caused by: java.lang.RuntimeException: Image generation failed. Exit code: -1073741819
[ERROR] 	at io.quarkus.deployment.pkg.steps.NativeImageBuildStep.imageGenerationFailed(NativeImageBuildStep.java:416)
[ERROR] 	at io.quarkus.deployment.pkg.steps.NativeImageBuildStep.build(NativeImageBuildStep.java:344)
[ERROR] 	... 12 more
[ERROR] -> [Help 1]

不过别慌，博主还没放弃，下面通过docker多段镜像编排解决问题，上面贴的pom配置代码别删

docker多段镜像编排

## Stage 1 : build with maven builder image with native capabilities
FROM quay.io/quarkus/centos-quarkus-maven:20.1.0-java8 AS build
COPY pom.xml /usr/src/app/
COPY src /usr/src/app/src
USER root
RUN chown -R quarkus /usr/src/app
USER quarkus
RUN mvn -f /usr/src/app/pom.xml -Pnative clean install -Dmaven.test.skip=true -Denv=DEV
## Stage 2 : create the docker final image
FROM registry.access.redhat.com/ubi8/ubi-minimal
WORKDIR /work/

COPY --from=build /usr/src/app/target/*-runner /work/application

# set up permissions for user `1001`
RUN chmod 775 /work /work/application \
  && chown -R 1001 /work \
  && chmod -R "g+rwX" /work \
  && chown -R 1001:root /work

EXPOSE 8080
USER 1001

CMD ["./application", "-Dquarkus.http.host=0.0.0.0"]

第一阶段，基于quarkus的centos基础镜像，里面内置了graalvm环境，然后我们只需要将代码和pom配置copy进系统里，同镜像里的环境编译成native-image，然后第二段，基于小红帽的基础镜像运行环境，将构建的产物copy进去，如此即完成了docker容器的构建。不过这样的方式构建，所有的依赖都是即时下载的，对本地网络要求会比较高，整体编译时长会比较长。网络稍微一抖动就会编译失败，所以最好在pom里配置下国内比较快的maven仓库，比如阿里云的maven仓库。还有，在graalvm编译阶段，会非常的吃内存，这个时候它会加载所有的代码用于静态分析，这块内容阿里巴巴的jvm团队有做过优化，后面可能会来做一个分享。

可能遇到的问题，graalvm是在编译时初始化的，所有有些依赖如果只能运行时初始化，可以在quarkus中添加如下的配置：

quarkus.native.additional-build-args=--initialize-at-run-time=java.net.Inet4Address

效果展示

docker编译虽然会比较慢，但是最后还是成功了，下面展示下quarkus的神奇之处，当镜像成功运行起来那一刻，博主还是按捺不住心中的喜悦之情，他么的跟中了500W似的，注意，博主的这个程序不是简单的hello，而是有数据源又接口的生产级CURD的程序。

native-image启动时间

jvm下的启动时间

除了启动时间提升了n倍之外，内存占用也是非常感人，native-image在容器里面总内存占用才90M，而在jvm下面应用的内存占用就要300M左右了。即使如此，相比于spring boot的动辄1G的内存占用，也已经表现的十分的优秀了。

结语

当应用启动起来才1s不到的时候，博主是发自内心的高兴呀，quarkus的超音速亚原子是名副其实的。虽然目前graalvm还有诸多的问题，比如编译环境兼容性，对第三方依赖的兼容性，博主引入的dubbo就会有问题，最后只能排除，不过quarkus体系的依赖都是经过优化的，可以放心的使用。不过不用担心，我相信graalvm技术是java主力探索方向，是未来。而且有阿里巴巴这种级别的jvm团队一起在优化，graalvm会越来越成熟。博主已经迫不及待的要在下一个项目用起来了，有任何quarkus和graalvm两个的问题都可以找我哦

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