如何使用构建包来构建 Java 容器
如何使用构建包来构建 Java 容器
您是否仍然编写冗长的 Dockerfile 来描述构建容器映像所需的每个步骤？然后，构建包来拯救你！开发人员只需向他们提供应用程序，构建包发挥其魔力，并将其变成一个功能齐全的容器，准备部署在任何云上。
但魔术究竟是如何发生的呢？如果生成的容器性能不符合业务需求，该怎么办？
本文将深入探讨构建包的幕后情况，了解它们的运行方式，并提供有关优化默认设置以达到更好的性能结果的提示。
什么是构建包？
构建包将应用程序源代码转换为可运行的生产就绪容器映像。构建包为开发人员节省了时间和精力，因为无需配置映像并通过 Dockerfile 手动管理依赖项。
Heroku是2011年第一家开发构建包的公司。从那时起，许多其他公司（Cloud Foundry，Google等）都采用了这一概念。2018 年，Heroku 与 Pivotal 合作创建了云原生构建包项目，该项目涵盖了容器映像的现代标准和规范，例如 OCI 格式。该项目是云原生计算基金会（CNCF）的一部分。
我们将在本文中使用的Paketo构建包是一个由Cloud Foundry支持并由VMware赞助的开源项目。它实现了云原生构建包规范，并支持最流行的语言，包括Java。使用 Paketo 构建包生成的容器可以在任何云上运行。
构建包的工作原理
构建包分两个阶段运行：检测和构建。
- 检测阶段
在检测阶段，构建包会分析源代码，寻找是否应将其应用于应用程序的指标。换句话说，根据源代码测试一组构建包，并选择第一组被认为适合代码来构建应用程序。在构建包检测到必要的指标后，它会返回创建映像所需的协定，并进入构建阶段。
- 构建阶段
在构建阶段，构建包转换代码库，满足之前编写的合同要求。它提供构建时和运行时环境，下载必要的依赖项，根据需要编译代码，并设置入口点和启动脚本。
建设者
生成器是构建容器映像所需的组件组合：
- 构建包，一组可执行文件，用于分析代码并提供构建和运行应用程序的计划;
- 堆栈由两个映像组成：构建映像和运行映像。生成映像提供构建环境（执行构建包的容器化环境），运行映像在运行时为应用程序映像提供环境;
- 生命周期管理构建包执行，并将生成的工件组装到最终映像中。
因此，一个构建器可以自动检测和构建不同的应用程序。
构建包提供了多种 JVM — 如何选择？
Paketo buildpacks 默认使用 Liberica JVM。Liberica是一个基于HotSpot的Java运行时，由OpenJDK的主要贡献者支持，并由Spring推荐。它为所有LTS版本（8，11，17）和当前版本以及Liberica Native Image Kit（NIK）提供JDK和JRE，这是一个基于GraalVM的实用程序，用于将基于JVM的应用程序转换为本机映像并加速启动。当您需要避免在 AWS 中冷启动时，本机映像非常有用。
但是构建包支持多个Java发行版，可以使用这些发行版代替默认的JVM：
- 收养
- 阿里巴巴龙井
- 亚马逊科雷托
- 祖鲁祖鲁
- 贝尔软件利比里亚（默认）
- Eclipse OpenJ9
- 格拉尔虚拟机
- 甲骨文 JDK
- 微软OpenJDK
- 树液机
如果要切换 JVM，则必须记住几个细微差别：
- Alibaba Dragonwell，Amazon Corretto，GraalVM，Oracle JDK和Microsoft OpenJDK仅提供JDK。生成的容器将是基于 JRE 的容器的两倍;
- Adoptium 为 Java 8 和 11 提供 JDK 和 JRE，仅为 Java 16+ 提供 JDK;
- Oracle JDK 仅提供 Java 17。
另一个重要的考虑因素是：构建包有助于和加速部署，但是如果您对容器性能不满意或寻求改进基本KPI（吞吐量，延迟或内存消耗），则必须自己调整JVM。有关更多详细信息，请参阅下面的配置 JVM 部分。
例如，基于OpenJ9 JVM的Eclipse OpenJ9在某些情况下可能表现出比HotSpot更好的性能，因为HotSpot带有默认设置，并且OpenJ9已经调整。添加一些简单的参数将为您提供与热点相同或更出色的性能。
如何使用Paketo构建包
让我们使用 Paketo 构建包构建一个 Java 容器。
首先，确保 Docker 已启动并运行。如果没有，请按照这些说明为您的系统安装 Docker 桌面。
下一步是安装 pack CLI，这是一个由云原生构建包维护的命令行界面，可用于处理构建包。按照指南完成适用于您的平台的安装（支持 macOS、Linux 和 Windows）。包是几个可用的工具之一。例如，Spring Boot 开发人员可以研究 Spring Boot Maven 插件或 Spring Boot Gradle 插件。
我们将使用 Paketo 示例应用程序，因此运行以下命令：
git clone && cd samples
Alternatively, utilize your own demo app.
Make Paketo Base builder the default builder:
pack config default-builder paketobuildpacks/builder:base
To build an image from source with Maven, run
pack build samples/java \\
--path java/maven --env BP_JVM_VERSION=17
Java example images should return {"status":"UP"} from the actuator health endpoint:
docker run --rm --tty --publish 8080:8080 samples/java
curl -s | jq .
It is also possible to build an image from a compiled artifact. The following archive formats are supported: executable JAR, WAR, or distribution ZIP.
To compile an executable JAR and build an image using pack, run
cd java/maven
./mvnw package
pack build samples/java \\
--path ./target/demo-0.0.1-SNAPSHOT.jar
提取软件物料清单
软件供应链由用于开发和运行应用程序的众多库、工具和流程组成。通常很难跟踪软件产品中所有软件组件的来源，这增加了嵌套漏洞的风险。软件物料清单 （SBOM） 列出了用于构建软件项目的所有库依赖项。它类似于传统的物料清单，它总结了制造产品所需的原材料、零件、组件和确切数量。
SBOM 使开发人员能够监控软件组件的版本，及时集成安全补丁，并将易受攻击的库拒之门外。
构建包还使开发人员能够查看其映像的 SBOM。运行以下命令，为之前构建的示例/java 映像提取 SBOM：
pack sbom download samples/java --output-dir /tmp/samples-java-sbom
之后，您可以浏览该文件夹。SBOM 以 JSON 格式呈现。若要列出文件夹中的所有 .json 文件，请运行以下命令：
find /tmp/samples-java-sbom -name "*.json"
/tmp/samples-java-sbom/layers/sbom/launch/paketo-buildpacks_executable-jar/sbom.cdx.json
/tmp/samples-java-sbom/layers/sbom/launch/paketo-buildpacks_executable-jar/sbom.syft.json
/tmp/samples-java-sbom/layers/sbom/launch/paketo-buildpacks_spring-boot/helper/sbom.syft.json
/tmp/samples-java-sbom/layers/sbom/launch/paketo-buildpacks_spring-boot/spring-cloud-bindings/sbom.syft.json
/tmp/samples-java-sbom/layers/sbom/launch/paketo-buildpacks_bellsoft-liberica/jre/sbom.syft.json
/tmp/samples-java-sbom/layers/sbom/launch/paketo-buildpacks_bellsoft-liberica/helper/sbom.syft.json
/tmp/samples-java-sbom/layers/sbom/launch/sbom.legacy.json
/tmp/samples-java-sbom/layers/sbom/launch/paketo-buildpacks_ca-certificates/helper/sbom.syft.json
现在，您可以使用任何文本编辑器打开文件。例如，如果您安装了Visual Studio Code，请运行以下命令：
code /tmp/samples-java-sbom/layers/sbom/launch/paketo-buildpacks_bellsoft-liberica/jre/sbom.syft.json
您将获得以下输出：
{
"Artifacts": [
{
"ID": "1f2d01eeb13b5894",
"Name": "BellSoft Liberica JRE",
"Version": "17.0.6",
"Type": "UnknownPackage",
"FoundBy": "libpak",
"Locations": [
{
"Path": "buildpack.toml"
}
],
"Licenses": [
"GPL-2.0 WITH Classpath-exception-2.0"
],
"Language": "",
"CPEs": [
"cpe:2.3:a:oracle:jre:17.0.6:*:*:*:*:*:*:*"
],
"PURL": "pkg:generic/[email protected]?arch=amd64"
}
],
"Source": {
"Type": "directory",
"Target": "/layers/paketo-buildpacks_bellsoft-liberica/jre"
},
"Descriptor": {
"Name": "syft",
"Version": "0.32.0"
},
"Schema": {
"Version": "1.1.0",
"URL": ""
}
}
配置 JVM
BellSoft Liberica Buildpack 提供了构建包中支持的 Java 版本的最新补丁更新。默认情况下，构建包使用最新的 LTS 版本。如果要使用其他 Java 版本，请使用 BP_JVM_VERSION 环境变量。例如，BP_JVM_VERSION=11 将安装最新版本的 Liberica JDK 和 JRE 11。
此外，您还可以更改 JDK 类型。构建包在构建时使用 JDK，在运行时使用 JRE。指定 BP_JVM_TYPE=JDK 选项将强制构建包在运行时使用 JDK。
BP_JVM_JLINK_ENABLED选项使用 Java 9+ 运行 jlink 工具，从而删除自定义 JRE。
如果将 Java 应用程序部署到应用程序服务器，则构建包默认使用 Apache Tomcat。您可以选择其他服务器（TomEE 或 Open Liberty）。例如，运行以下命令切换到 TomEE：
pack build samples/war -e BP_JAVA_APP_SERVER=tomee
您可以使用JAVA_TOOL_OPTIONS环境变量在运行时配置 JVM。例如，您可以配置垃圾回收、线程数、内存限制等，以达到满足特定需求的最佳性能：
docker run --rm --tty \\
--env JAVA_TOOL_OPTIONS='-XX:+UseParallelGC -XX:GCTimeRatio=4 -XX:AdaptiveSizePolicyWeight=90 -XX:MinHeapFreeRatio=20 -XX:MaxHeapFreeRatio=40' \\
--env BPL_JVM_THREAD_COUNT=100 \\
samples/java
结论
如您所见，构建包是出色的自动化工具，可以节省开发人员的时间。但如果你明智地使用它们会有所帮助，否则你就有可能把一只猫放在麻袋里。我们的一般建议是定义 KPI 并相应地调整 JVM 设置。
如果您对生成的图像的大小不满意，该怎么办？毕竟，无法更改构建包使用的基本操作系统映像。一种选择是迁移到本机映像以优化资源消耗。另一种选择是手动构建容器并切换到较小的操作系统映像，例如Alpine或Alpaquita Linux。后者支持两种libc实现（优化的musl和glibc），并具有许多性能和安全性增强功能。