Spring Native Beta 正式发布，干掉原生 JVM！

3月11日，Spring 团队发布了 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。

Spring 发布了 Spring Native 的 beta 版本，并在http://start.spring.io上运行它。

实际上，这意味着自Spring成立以来，除了Spring支持的常规Java虚拟机之外，还将添加Beta支持，以使用GraalVM将Spring应用程序编译到本机映像中，从而提供一种部署Spring应用程序的新方法。支持Java和Kotlin。

这些本机Spring应用程序可以部署为独立的可执行文件（无需安装JVM），并提供有趣的特性，包括几乎即时启动（通常<100ms），即时峰值性能和较低的内存消耗，但所需的构建时间和运行时优化次数少于JVM。

使用简单mvn spring-boot:build-image或gradle bootBuildImage命令，您可以生成一个优化的容器映像，该映像将包含一个最小的OS层和一个小的本机可执行文件，该映像仅随附JDK，Spring以及您在应用程序中使用的依赖项中的必需位。请参阅下面的示例，其中包含50MB可执行文件的最小容器映像，其中包含Spring Boot，Spring MVC，Jackson，Tomcat，JDK和应用程序。

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。

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。”

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。

http://Start.spring.io

Stéphane Nicoll 在对http://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。

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。

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。

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