Java云原生框架Quarkus初探

Java云原生框架Quarkus初探

Quarkus 介绍

Quarkus 是一个云原生，容器优先的Java应用框架，它号称是超音速和亚原子的框架，主要特点是构建速度、启动速度快和占用资源少等特点。它为OpenJDK HotSpot和GraalVM量身定制，
根据Java库和标准精心打造的框架。主要有以下特性:

1. 容器优先。Quarkus为GraalVM和HotSpot定制应用程序。令人惊讶的快速启动时间，令人难以置信的低RSS内存（不仅仅是堆的大小！），在Kubernetes等容器协调平台中提供近乎即时的扩展和高密度的内存利用。使用一种称之为编译时启动的技术。
2. 统一指令式和响应式。在开发应用程序时，将熟悉的指令式和响应式代码风格结合起来。
3. 基于Java社区和标准。Quarkus提供了一个有凝聚力的、有趣的、全栈式的框架，它利用了各类不断增长的50多个常用的最好的库。所有这些都在一个标准的主干上，让Java开发人员能够快速上手应用。
4. Kube-Native。Quarkus和Kubernetes的组合为创建可伸缩、快速和轻量级的应用程序提供了理想的环境。Quarkus通过工具、预构建集成、应用程序服务等显著提高了开发人员的生产率。
5. 对于Spring框架开发人员友好.Quarkus 的 Spring API 兼容性包括 Spring DI、Spring Web 和 Spring Data JPA。同时也在计划其他 Spring API，如 Spring Security 和 Spring Config。在 JVM 上运行时，Quarkus 应用程序几乎可以利用任何 Java 库。只要不使用 Java 反射，这些Java库就可以编译为原生。

安装Quarkus

官方推荐通过CLI方式安装。

1. Linux/MacOS 和 Windows WSL 用户按以下方式安装。

curl -Ls https://sh.jbang.dev | bash -s - trust add https://repo1.maven.org/maven2/io/quarkus/quarkus-cli/

curl -Ls https://sh.jbang.dev | bash -s - app install --fresh --force quarkus@quarkusio

2. Windows Powershell 用户以下方式安装。

iex "& { $(iwr https://ps.jbang.dev) } trust add https://repo1.maven.org/maven2/io/quarkus/quarkus-cli/"
iex "& { $(iwr https://ps.jbang.dev) } app install --fresh --force quarkus@quarkusio"

3. 个人还是比较喜欢使用SDKMAN来管理安装Java相关软件，Windows用户安装SDKMAN需要WSL、Cygwin或者MinGW.

sdk install quarkus

安装成功后在命令行下输入：quarkus -- version 将显示版本号 x.y.z.Final 表示安装成功。

创建和运行Quarkus应用

1. 使用Quarkus CLI 或者Maven 创建应用

quarkus create rw-getstarted-quarkus && cd rw-getstarted-quarkus

mvn io.quarkus.platform:quarkus-maven-plugin:3.2.3.Final:create \
    -DprojectGroupId=org.wangyun \
    -DprojectArtifactId=rw-getstarted-quarkus \
    -Dextensions='resteasy-reactive'
cd rw-getstarted-quarkus

作为一个老派的Java开发人员，我选择Maven的方式创建应用，可以充分使用国内Maven资源让下载更快.

2. 在rw-getstarted-quarkus目录下运行Quarkus应用

quarkus dev 或者 ./mvnw compile quarkus:dev

第一次运行需要时间比较长，需要从maven仓库下载大量的依赖，需要保持充分的耐心，如遇下载失败请多试几次，http默认监听端口是8080，直到看到如下界面。

3. 使用实时修改应用生效

默认生成的代码

import jakarta.ws.rs.GET;
import jakarta.ws.rs.Path;
import jakarta.ws.rs.Produces;
import jakarta.ws.rs.core.MediaType;

@Path("/hello")
public class GreetingResource {

    @GET
    @Produces(MediaType.TEXT_PLAIN)
    public String hello() {
        return "Hello from RESTEasy Reactive - Rxx Wang";
    }
}

以上代码运行后如下图：

直接用文本编辑器或者IDE修改以下代码

package org.wangyun;

import jakarta.ws.rs.GET;
import jakarta.ws.rs.Path;
import jakarta.ws.rs.Produces;
import jakarta.ws.rs.core.MediaType;

@Path("/hello")
public class GreetingResource {

	@GET
	@Produces(MediaType.TEXT_PLAIN)
	public String hello() {
		return "Hello from RESTEasy Reactive - Rxx Wang";
	}

	@GET
	@Produces(MediaType.TEXT_PLAIN)
	@Path("/greeting/{name}")
	public String greeting(String name) {
		return "hello " + name;
	}
}

刷新浏览器后直接生效，如下图。

测试Quarkus应用

可以使用任何的Javar测试框架来测试Quarkus应用，Quarkus默认支持Junit5进行单元测试，同时集成了REST-Assured测试框架进行验证REST服务接口。

在刚才使用Quarkus脚手架生成项目的同时也生成了测试用例，如GreetingResourceTest和GreetingResourceTest。执行mvn test即可看到以下测试执行信息。

[INFO] Running org.wangyun.GreetingResourceTest
2023-08-12 11:44:24,724 INFO  [io.quarkus] (main) rw-getstarted-quarkus 1.0.0-SNAPSHOT on JVM (powered by Quarkus 3.2.3.Final) started in 0.742s. Listening on: http://localhost:8083
2023-08-12 11:44:24,734 INFO  [io.quarkus] (main) Profile test activated. 
2023-08-12 11:44:24,734 INFO  [io.quarkus] (main) Installed features: [cdi, resteasy-reactive, smallrye-context-propagation, vertx]
[INFO] Tests run: 1, Failures: 0, Errors: 0, Skipped: 0, Time elapsed: 1.456 s - in org.wangyun.GreetingResourceTest
2023-08-12 11:44:25,211 INFO  [io.quarkus] (main) rw-getstarted-quarkus stopped in 0.012s
[INFO] 
[INFO] Results:
[INFO] 
[INFO] Tests run: 1, Failures: 0, Errors: 0, Skipped: 0
[INFO] 
[INFO] ------------------------------------------------------------------------
[INFO] BUILD SUCCESS
[INFO] ------------------------------------------------------------------------
[INFO] Total time:  3.412 s
[INFO] Finished at: 2023-08-12T11:44:25+08:00
[INFO] ------------------------------------------------------------------------

需要注意运行了REST-Assured测试框架时会启动一个Servlet容器，默认使用的测试端口是8081，如果被占用会提示测试失败。在application.properties文件修改默认测试端口即可测试通过，具体例子如下:

quarkus.http.test-port=8083
quarkus.http.test-ssl-port=8446

为了加速应用开发流程，Quarkus支持实时编码。当应用运行在开发模式时，也可以将实时编码和持续测试结合，可以在DevUI或者控制台的命令行中执行测试用例，让代码修改和代码测试执行更快捷。具体可参考以下：

== Continuous Testing

[r] - Re-run all tests
[f] - Re-run failed tests
[b] - Toggle 'broken only' mode, where only failing tests are run (disabled)
[v] - Print failures from the last test run
[p] - Pause tests
[o] - Toggle test output (disabled)

也可在Dev UI上面执行：

具体的测试代码如下:

package org.wangyun;

import io.quarkus.test.junit.QuarkusTest;
import org.junit.jupiter.api.Test;

import java.util.UUID;

import static io.restassured.RestAssured.given;
import static org.hamcrest.CoreMatchers.is;

@QuarkusTest
public class GreetingResourceTest {

    @Test
    public void testHelloEndpoint() {
        given()
          .when().get("/hello")
          .then()
             .statusCode(200)
             .body(is("Hello from RESTEasy Reactive - Rxx Wang"));
    }

	@Test
	public void testGreetingEndpoint() {
		String uuid = UUID.randomUUID().toString();
		given()
				.pathParam("name", uuid)
				.when().get("/hello/greeting/{name}")
				.then()
				.statusCode(200)
				.body(is("hello " + uuid));
	}
}

构建Quarkus应用

Quarkus 支持将应用程序编译为原生可执行文件，再将原生的可执行文件打包到一个容器中，天然地支持了Serverless和云原生应用。构建一个原生可执行文件需要使用GraalVM的发行版，在执行打包之前需要需设置GRAALVM_HOME环境变量，建议代码版本与Graalvm版本保持一致。编译后应用程序的原生可执行文件将包含应用程序代码、所需的库、Java API 和一个缩小版的虚拟机。较小的虚拟机基础提高了应用程序的启动时间和最小的磁盘占用。

可通过以下命令执行构建：

quarkus build --native
或
./mvnw install -Dnative

构建产生了 target/getting-started-1.0.0-SNAPSHOT-runner 。可以用以下方式运行应用程序： ./target/getting-started-1.0.0-SNAPSHOT-runner。

另外在没有安装GraalVM的情况下创建一个Linux可执行文件，但需要依赖一个工作的容器运行环境如Docker或者podman. 为了避免对GraalVM的版本依赖，Quarkus提供了一个非常方便的方法，通过利用容器运行时（如Docker或podman）来创建一个原生Linux可执行文件。完成这项任务的最简单方法是执行：

quarkus build --native --no-tests -Dquarkus.native.container-build=true
或
./mvnw install -Dnative -DskipTests -Dquarkus.native.container-build=true

部署Quarkus应用

Quarkus应用支持像一个标准Java应用程序一样部署，同时支持作为本地可执行文件部署。
应用程序创建原生(二进制)可执行文件之后，提供了一个具备快速启动时间和消耗更少内存的应用程序。针对现在容器化部署的场景，Quarkus提供了非常方便的镜像制作方式，提供了一个完整的Dockerfile, 只需要简单修改几处配置即可完成制作。动生成的项目在 src/main/docker 目录中提供了一个 Dockerfile.xxxxx，如Dockerfile.native-micro 内容如下：

FROM quay.io/quarkus/quarkus-micro-image:2.0
WORKDIR /work/
COPY target/*-runner /work/application
RUN chmod 775 /work
EXPOSE 8080
CMD ["./application", "-Dquarkus.http.host=0.0.0.0"]

可以用以下方法构建docker镜像：

docker build -f src/main/docker/Dockerfile.native-micro -t quarkus-quickstart/getting-started .

用以下方式运行：

docker run -i --rm -p 8080:8080 quarkus-quickstart/getting-started

总结

Quarkus 作为一个全新的云原生和微服务框架，通过编译成本地运行的方式，对比传统的Java应用程序有着天然的运行性能优势，且占用较少的内存资源。同时又兼容常用的Java框架，降低了Java程序员的学习成本，让Java程序员可以快速上手开发应用。但是要看到目前业界采用并大规模部署的并不多，跟传统的Java程序兼容性还存在一定的问题，社区相对传统的Spring成熟度也有一些距离。对于一些新应用且对性能要求高的应用值得考虑。