優(yōu)化 Kubernetes 中的 Java 無服務(wù)器函數(shù)
由于運(yùn)行上千個(gè)應(yīng)用程序容器莢Pod所耗費(fèi)的資源多，令它實(shí)現(xiàn)較少工作節(jié)點(diǎn)和資源占用所需成本也較高，所以在使用 ??Kubernetes?? 時(shí)，快速啟動(dòng)和較少的內(nèi)存占用是至關(guān)重要的。在 Kubernetes 平臺(tái)運(yùn)行容器化微服務(wù)時(shí)，內(nèi)存占用是比吞吐量更重要的考量因素，這是因?yàn)椋?/p>
- 由于需要持續(xù)運(yùn)行，所以耗費(fèi)資源更多（不同于 CPU 占用）
- 微服務(wù)令開銷成本成倍增加
- 一個(gè)單體應(yīng)用程序變?yōu)槿舾蓚€(gè)微服務(wù)的情況（例如 20 個(gè)微服務(wù)占用的存儲(chǔ)空間約有 20GB）
這些情況極大影響了無服務(wù)器函數(shù)的發(fā)展和 Java 部署模型。到目前為止，許多企業(yè)開發(fā)人員選擇 Go、Python 或 Node.js 這些替代方案來解決性能瓶頸，直到出現(xiàn)了 ??Quarkus?? 這種基于 kubernetes 的原生 Java 堆棧，才有所改觀。本文介紹如何在使用了 Quarkus 的 kubernetes 平臺(tái)上進(jìn)行性能優(yōu)化，以便運(yùn)行無服務(wù)器函數(shù)。
容器優(yōu)先的設(shè)計(jì)理念
由于 Java 生態(tài)系統(tǒng)中傳統(tǒng)的框架都要進(jìn)行框架的初始化，包括配置文件的處理、??classpath?? 的掃描、類加載、注解的處理以及構(gòu)建元模型，這些過程都是必不可少的，所以它們都比較耗費(fèi)資源。如果使用了幾種不同的框架，所耗費(fèi)的資源也是成倍增加。
Quarkus 通過“左移shifting left”，把所有的資源開銷大的操作都轉(zhuǎn)移到構(gòu)建階段，解決了這些 Java 性能問題。在構(gòu)建階段進(jìn)行代碼和框架分析、字節(jié)碼轉(zhuǎn)換和動(dòng)態(tài)元模型生成，而且只有一次，結(jié)果是：運(yùn)行時(shí)可執(zhí)行文件經(jīng)過高度優(yōu)化，啟動(dòng)非常快，不需要經(jīng)過那些傳統(tǒng)的啟動(dòng)過程，全過程只在構(gòu)建階段執(zhí)行一次。
Quarkus Build phase
更重要的是：Quarkus 支持構(gòu)建原生可執(zhí)行文件，它具有良好性能，包括快速啟動(dòng)和極小的駐留集大小resident set size（RSS）內(nèi)存占用，跟傳統(tǒng)的云原生 Java 棧相比，具備即時(shí)擴(kuò)展的能力和高密度的內(nèi)存利用。
Quarkus RSS and Boot Time Metrics
這里有個(gè)例子，展示如何使用 Quarkus 將一個(gè) ??Java 無服務(wù)器?? 項(xiàng)目構(gòu)建為本地可執(zhí)行文件。
1、使用 Quarkus 創(chuàng)建無服務(wù)器 Maven 項(xiàng)目
以下命令生成一個(gè) Quarkus 項(xiàng)目，（例如 ??quarkus-serverless-native??）以此創(chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單的函數(shù)：
2、構(gòu)建一個(gè)本地可執(zhí)行文件
你需要使用 GraalVM 為 Java 程序構(gòu)建一個(gè)本地可執(zhí)行文件。你可以選擇 GraalVM 的任何發(fā)行版，例如 ??Oracle GraalVM Community Edition (CE)??? 或 ??Mandrel??（Oracle GraalVM CE 的下游發(fā)行版）。Mandrel 是為支持 OpenJDK 11 上的 Quarkus-native 可執(zhí)行文件的構(gòu)建而設(shè)計(jì)的。
打開 ??pom.xml???，你將發(fā)現(xiàn)其中的 ??native?? 設(shè)置。你將使用它來構(gòu)建本地可執(zhí)行文件。
注意： 你可以在本地安裝 GraalVM 或 Mandrel 發(fā)行版。你也可以下載 Mandrel 容器映像來構(gòu)建它（像我那樣），因此你還需要在本地運(yùn)行一個(gè)容器引擎（例如 Docker）。
假設(shè)你已經(jīng)打開了容器運(yùn)行時(shí)，此時(shí)需要運(yùn)行一下 Maven 命令：
使用 ??Docker?? 作為容器引擎：
使用 ??Podman?? 作為容器引擎：
輸出信息結(jié)尾應(yīng)當(dāng)是 ??BUILD SUCCESS??。
Native Build Logs
不借助 JVM 直接運(yùn)行本地可執(zhí)行文件：
輸出信息類似于：
簡(jiǎn)直是超音速！啟動(dòng)只花了 19 毫秒。你的運(yùn)行時(shí)間可能稍有不同。
使用 Linux 的 ??ps?? 工具檢測(cè)一下，結(jié)果內(nèi)存占用還是很低。檢測(cè)的方法是：在應(yīng)用程序運(yùn)行期間，另外打開一個(gè)終端，運(yùn)行如下命令：
輸出結(jié)果類似于：
該進(jìn)程只占 11MB 內(nèi)存。非常小！
注意: 各種應(yīng)用程序（包括 Quarkus）的駐留集大小和內(nèi)存占用，都因運(yùn)行環(huán)境而異，并隨著應(yīng)用程序載入而上升。
你也可以使用 REST API 訪問這個(gè)函數(shù)。輸出結(jié)果應(yīng)該是 ??Hello RESTEasy??:
3、把函數(shù)部署到 Knative 服務(wù)
如果你還沒有創(chuàng)建命名空間，現(xiàn)在就在 ??OKD???（OpenShift Kubernetes 發(fā)行版）??創(chuàng)建一個(gè)命名空間???（例如 ??quarkus-serverless-native???），進(jìn)而把這個(gè)本地可執(zhí)行文件部署為無服務(wù)器函數(shù)。然后添加 ??quarkus-openshift?? 擴(kuò)展：
向 ??src/main/resources/application.properties?? 文件中添加以下內(nèi)容，配置 Knative 和 Kubernetes 的相關(guān)資源：
構(gòu)建本地可執(zhí)行文件，并把它直接部署到 OKD 集群：
注意： 提前使用 ?
?oc login??? 命令，確保登錄的是正確的項(xiàng)目（例如 ??quarkus-serverless-native??）。
輸出信息結(jié)尾應(yīng)當(dāng)是 ??BUILD SUCCESS???。完成一個(gè)本地二進(jìn)制文件的構(gòu)建并部署為 Knative 服務(wù)需要花費(fèi)幾分鐘。成功創(chuàng)建服務(wù)后，使用 ??kubectl??? 或 ??oc?? 命令工具，可以查看 Knative 服務(wù)和版本信息：
4、訪問本地可執(zhí)行函數(shù)
運(yùn)行 ??kubectl?? 命令，搜索無服務(wù)器函數(shù)的節(jié)點(diǎn)：
輸出信息類似于：
用 ??curl??? 命令訪問上述信息中的 ??URL?? 字段：
過了不超過一秒鐘，你也會(huì)得到跟本地操作一樣的結(jié)果：
當(dāng)你在 OKD 群集中訪問 Quarkus 運(yùn)行中的節(jié)點(diǎn)的日志，你會(huì)發(fā)現(xiàn)本地可執(zhí)行文件正在以 Knative 服務(wù)的形式運(yùn)行。
Native Quarkus Log
下一步呢？
你可以借助 GraalVM 發(fā)行版優(yōu)化 Java 無服務(wù)器函數(shù)，從而在 Knative 中使用 Kubernetes 將它們部署為無服務(wù)器函數(shù)。Quarkus 支持在普通的微服務(wù)中使用簡(jiǎn)易配置進(jìn)行性能優(yōu)化。
本系列的下一篇文章將指導(dǎo)你在不更改代碼的情況下跨多個(gè)無服務(wù)器平臺(tái)實(shí)現(xiàn)可移植函數(shù)。
(Daniel Oh, ??CC BY-SA 4.0??)
