Spring 團隊日前發布了 Spring Native Beta 版。通過 Spring Native，Spring 應用將有機會與 GraalVM 原生鏡像的方式運行。為了更好地支持原生運行，Spring Native 提供了 Maven 和 Gradle 插件，并且提供了優化原生配置的注解。

最近，Spring 發布了 Spring Native 的 beta 版本，該功能已經在 start.spring.io 上可用了。

https://github.com/spring-projects-experimental/spring-native

https://start.spring.io/

這意味著，除了 Spring 誕生以來就支持的 Java 虛擬機，官方添加了使用 GraalVM 將 Spring 應用編譯成原生鏡像的 beta 支持，這樣的話，就能提供一種新的方式來部署 Spring 應用。Spring Native 支持 Java 和 Kotlin。

這些原生的 Spring 應用可以作為一個獨立的可執行文件進行部署（不需要安裝 JVM），并且還能提供有趣的特征，包括幾乎瞬時的啟動（一般會小于 100 毫秒）、瞬時的峰值性能以及更低的資源消耗，其代價是比 JVM 更長的構建時間和更少的運行時優化。

通過簡單的 mvn spring-boot:build-image 或 gradle bootBuildImage 命令，就能生成一個優化的容器鏡像，它包含了一個最小的操作系統層和一個小的原生可執行文件，該文件只包含了必需的東西即 JDK、Spring 以及應用中所使用的依賴。

請看下面這個最小的容器鏡像，它是一個 50MB 的可執行文件，包含了 Spring Boot、Spring MVC、Jackson、Tomcat、JDK 和應用本身。

這種原生方式，在很多場景下都會對 Spring 應用產生價值：

• 使用 Spring Cloud Function 的 Serverless 應用
• 更廉價、更可持續地托管 Spring 微服務
• 與 VMware Tanzu 這樣的 Kubernetes 平臺有很好的契合性
• 想要最優的容器鏡像，以打包 Spring 應用和服務

在使用場景上，比如 Piotr Mińkowski 提供了一個非常棒的指南，介紹了如何在 Knative 上使用 Spring Boot 和 GraalVM 構建原生微服務。

https://piotrminkowski.com/2021/03/05/microservices-on-knative-with-spring-boot-and-graalvm/

1. 團隊協作

Spring Native beta 是整個 Spring 團隊及其家族項目廣泛合作的結果：Spring Framework、Spring Boot 還包括 Spring Data、Spring Security、Spring Cloud 和 Spring Initializr。

據悉，原生功能的工作范圍比 Spring 更廣，因為原生涉及到更廣泛的 JVM 生態系統，所以官方一直在與 GraalVM 團隊合作，以改善原生鏡像的兼容性和資源消耗。

以下是來自 GraalVM 團隊的 Vojin Jovanovic 的一段話。

“與 Spring 團隊協作打造原生 JVM 生態系統是一件非常愉快的事情：他們深厚的技術知識，再加上對社區的敏感觸覺，總是能帶來最好的解決方案。最新的 Spring Native 版本，以及它在 JVM 生態系統中的眾多用法，為原生編譯的廣泛采用鋪平了道路。”

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• 視頻教程：https://doc.iocoder.cn/video/

2. 支持的范圍

現在，Spring Native已經從alpha過渡到beta，那么很重要的一點就是明確他弄所支持的功能范圍。

Alpha是第一步，我們進行了大量試驗并完善了Spring Native（以前稱為Spring GraalVM Native）的體系結構，兼容性和對一系列樣本進行了重大更改的封裝。我們還報告了GraalVM團隊修復的許多問題，目的是縮小JVM與Spring應用程序的本機之間的差距。

雖然它仍被認為是實驗性的，但 beta 版意味著 Spring 現在在 Spring 生態系統的一個子集上提供了對原生的支持。如果你的應用正在使用業已支持的依賴，那么你可以試用它，在出現問題時可以提 bug 或貢獻 pull request。在最新的 Spring Boot 2.x 小版本的每個補丁發布時，都會有一個新的 Spring Native 版本。Spring Native 0.9.0 支持 Spring Boot 2.4.3，Spring Native 0.9.1 將支持 Spring Boot 2.4.4 等。

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• 視頻教程：https://doc.iocoder.cn/video/

3. start.spring.io

Stéphane Nicoll 在對 http://start.spring.io 和相關 IDE 的集成中，引入了對 Spring Native 的支持，所以現在這是探索如何使用 Spring 構建原生應用最簡單的方式。

添加 Spring Native 依賴后將會使用所需的依賴和插件自動配置 Maven 或 Gradle 項目，以便于支持原生。應用代碼本身沒有變化。

請檢查自動生成的 HELP.md 文件，該文件包含了有用的鏈接和文檔，同時它還能標記出來你是否選擇了一些在原生環境下不支持的依賴。

4. 預先轉換

原生與JVM有說不同：類路徑在構建時是固定的，反射或資源需要進行配置，這里沒有類的懶加載（可執行文件中包含的所有內容在啟動的時候都會加載進來）并且有些代碼可以在構建期調用。

為了充分擁抱這些特性，并且能讓 Spring 應用以最大的兼容性和最小的資源消耗運行在原生環境中，Brian Clozel 在這個版本中引入了 Spring 預先（ahead-of-time，AOT）轉換的 Maven 和 Gradle 插件，這個插件會對 Spring 應用執行預先轉換。

第一種轉換的目的是生成 GraalVM 原生配置（反射、資源、代理、原生鏡像選項），這是通過由 Andy Clement 設計和實現的一個特別棒的推斷引擎做到的，該引擎能夠理解 Spring 編程模型和基礎設施。例如，每個帶有 @Controller 注解的類，都會在生成的 reflect-config.json 文件中添加一個條目。

有些原生配置是無法推斷的，對于這些情況，Spring Native 引入了原生線索（native hint）注解（參見 Javadoc 以了解詳情），這些注解允許 Spring Native 支持原生配置，這種方式比常規的基于 JSON 的原生鏡像配置更加可維護、類型安全和靈活。例如，Spring Native 對 MySQL 驅動支持就提供了線索注解，它們會在原生鏡像配置 reflect-config.json、resource-config.json 和 native-image.properties 中生成正確的條目，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)
})
publicclassMySqlHintsimplementsNativeConfiguration{}

NativeConfiguration和其他動態配置機制允許實現更加強大和動態化的配置生成，但是需要注意它們的 API 在未來的版本中可能會有很大變化。

Spring開發人員也可以直接在 @Configuration 或 @SpringBootApplication 類上添加應用特定的原生線索注解，例如，對于使用 RestTemplate 或 WebClient 這樣的編程 API 序列化一個 Book 類為 JSON：

@TypeHint(types=Book.class)
@SpringBootApplication
publicclassWebClientApplication{
//...
}

在使用預先轉換系統時，最后一個，可能也是最強大的一個機制就是根據 Spring Boot 部署模型和 GraalVM 原生鏡像特征所引入的封閉世界（closed-world）假設，它能夠自動生成針對原生環境進行優化的代碼。這里的目標就是限制所需的外部原生配置的數量，從而提高兼容性，這是通過原生鏡像編譯器對代碼結構的分析實現的，同時還能通過減少反射、資源或代理所需的配置，降低資源占用。一個具體的例子就是對各種 spring.factory（Spring Boot 背后的擴展機制）的預先轉換，從而實現一個優化過的程序版本，該版本不需要反射并且會過濾掉應用上下文中不必要的條目。

對 Spring AOT來說，這只是一個開始，我們計劃添加更加強大的轉換，比如將 @Configuration 替換為函數式配置，從而通過預先分析替換運行時反射，能夠自動生成使用像 lambda 表達式和方法引用這種程序構造的配置類。這樣的話，就能允許 GraalVM 原生鏡像編譯器立即理解 Spring 配置，無需任何的反射配置或 *.class 資源。

需要記住的一個關鍵點是，在使用 Spring Native 時，這個 AOT 生成的代碼在 JVM 上也會默認使用，這樣的話能夠通過 JVM 允許的短反饋循環（short feedback loop），用調試器和所有常規工具實現“原生友好的代碼路徑”。

盡管Spring AOT轉換目前主要是由原生場景需求驅動，但是有很多轉換并不是特定于原生場景的，有一些可能為 JVM 上運行的 Spring Boot 應用提供優化。和往常一樣，對于這種主題，重要的是要以數據為驅動，所以我們會衡量效率和性能來驅動我們的決策。

我們很可能會完善 IDE 集成，目前請務必閱讀相關文檔，了解潛在的手動配置步驟，以便在 IDE 中運行應用程序之前更新生成的源碼。

5. 結論

在支持原生方面，Spring 有兩個支柱性的策略。第一個是在不需要對現有的數百萬個 Spring Boot 應用進行重大改動的情況下，對 Spring 基礎架構進行調整以適應原生。這包括在 Spring 頂層項目中為實現原生友好而做出的改變，像 @NativeHint 這樣的基礎架構，以及在 Spring Native 中逐漸成熟的 Spring AOT 構建插件。

第二個支柱比Spring本身的范圍更廣，原生是一個與 JVM 特性有所差異的平臺，但 Java 生態系統需要盡可能地保持一致，以避免出現兩種截然不同的 Java 風格，如果這樣的話，將會是維護上的一個挑戰。