新的 AOT 引擎將 Spring Native 推向新高度

工程 | Sébastien Deleuze | 2021 年 12 月 9 日 | ...

我代表團隊和所有貢獻者，很高興宣佈 Spring Native 0.11 版本釋出，它為 Spring Boot 2.6 提供了原生支援。這個雄心勃勃的版本是 Spring 團隊五個月辛勤工作的結果，他們一直在開發一個全新的架構，以將 Spring 對使用 GraalVM 建立原生可執行檔案的支援提升到新的水平。您已經可以在 start.spring.io 上試用它了！

在 Spring Developer Advocate Josh Long 的這部新 Spring Tips 影片中，瞭解更多關於 Spring Native 0.11 的資訊並觀看實際演示。

新的預編譯（AOT）引擎

毫無疑問，最大的變化是引入了一個新的 AOT 引擎，它在構建時對您的 Spring 應用程式進行深度分析，以轉換和最佳化您的應用程式，並生成所需的 GraalVM 原生配置。這些轉換由 Maven 和 Gradle Spring AOT 外掛執行。

spring boot native

深入來看，AOT 引擎在構建時評估條件，以便生成一個經過最佳化的應用程式上下文和 Spring factories（Spring Boot 背後的外掛系統），這些都專門為您的應用程式量身定製。實際上，這意味著

執行時需要執行的 Spring 基礎設施更少
執行時需要評估的條件更少
更少的反射，因為使用了程式設計式 Bean 註冊

AOT 引擎根據標識為活動的 Bean、Spring 程式設計模型的知識以及 Spring Native 捆綁的或您的應用程式自身提供的原生提示，推斷出將您的應用程式作為原生可執行檔案執行所需的原生配置。

aot architecture

我們要特別感謝 Stéphane Nicoll，他領導了這款新 AOT 引擎的設計和實現。

減少記憶體佔用

AOT 引擎的一個關鍵優勢在於它支援更小的原生可執行檔案記憶體佔用，因為原生配置更加精確，所需的反射更少，並且執行時所需的 Spring 基礎設施更少。

相比 Spring Native 0.10，Spring Native 0.11 平均可減少 20% 到 26% 的記憶體佔用！下圖展示了一些示例應用程式的資料點

更快的啟動速度

相比 0.10 版本，Spring Native 0.11 的啟動時間快了 16% 到 35%，因為一些處理已從執行時移至構建時。由於在此次小版本更新中未能對 Spring Boot 和 Spring Framework 的內部架構進行精細調整，因此仍有改進空間。

native startup

改進的相容性

AOT 引擎也更加精確，因為它不會試圖分析 Spring 註解或各種型別來複制 Spring 在執行時所做的工作。相反，它會啟動一個新的程序，在構建時建立並內省（introspect）應用程式上下文（而不啟動它）。這允許使用 Spring Framework 在執行時執行的一部分功能，並在 Bean 定義層面工作，這要精確得多。

執行時靈活性

在構建時執行這些最佳化意味著執行時靈活性不如常規的 Spring Boot 自動配置模型。您在執行已經編譯好的 Spring Boot 應用程式時，仍然可以更改 HTTP 埠或日誌級別，但例如，您無法在執行時透過使用 Profile 來新增新的 Bean。

這就是為什麼在 JVM 上，AOT 模式是可選的。如果它符合您的需求，這是一個可以使用的最佳化。在原生應用程式中（其設計決定了執行時動態性較低），AOT 是強制性的。此外，請記住，目前條件是在構建時評估的。我們將來可能會使其更靈活，以便適應大多數用例。

擴充套件點

新引擎提供了一個可插拔的模組化架構，使用者（如您或 Spring 專案團隊）可以使用它來支援各種新功能。

例如，請參閱 BeanFactoryNativeConfigurationProcessor 擴充套件點的這個實現，它會自動為標註了 @RequestScope 或 @Scope(proxyMode = ScopedProxyMode.TARGET_CLASS) 註解的 Bean 預先建立類代理。

public class ScopeNativeConfigurationProcessor implements BeanFactoryNativeConfigurationProcessor {

   @Override
   public void process(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory, NativeConfigurationRegistry registry) {
       new BeanFactoryProcessor(beanFactory).processBeansWithAnnotation(Scope.class, (beanName, beanType) -> {
           Scope scope = beanFactory.findAnnotationOnBean(beanName, Scope.class);
           if (scope.proxyMode() == ScopedProxyMode.TARGET_CLASS) {
               registry.proxy().add(NativeProxyEntry.ofClass(beanType, ProxyBits.NONE,
                       ScopedObject.class, Serializable.class, AopInfrastructureBean.class));
           }
      });
   }
}

NativeConfiguration 擴充套件點也得到了改進，透過使用 NativeConfigurationRegistry 提供了 API。

public interface NativeConfiguration {
   default boolean isValid(AotOptions aotOptions) { return true; }
   default void computeHints(NativeConfigurationRegistry registry, AotOptions aotOptions) { return; }
}

這些擴充套件點在 META-INF/spring.factories 中定義並被發現，因此您可以提供自己的實現。

AOT 測試支援

我們在 Spring Native 0.11 上的大部分工作都集中在實現對 AOT 程式碼路徑的測試支援，以便將原生測試支援提升到全新的水平。結果是相容性得到了顯著提升，支援更多種類的測試。

結合 Native Build Tools 提供的出色的 JUnit 5 原生支援，您可以像在 JVM 上一樣執行您的 Spring Boot、Spring Framework 或純 JUnit 測試。

與 Spring 無關，Mockito 尚未支援，但正在進行相關工作，使其將來成為可能。

JVM 上的 AOT

在 JVM 上執行的應用程式進行 AOT 轉換有兩個主要好處。

第一個好處是，例如，您可以在 IDE 中輕鬆除錯將在 JVM 上原生執行的程式碼（主應用程式或測試）。

第二個優勢是效率更高。目前，它可以提供大約 4% 到 17% 更小的記憶體佔用。

AOT 模式還能將應用程式啟動速度加快 3% 到 24%。

jvm startup

請注意，到目前為止，我們還沒有特別關注 JVM 的效率，因此在未來的版本中很可能有改進的機會。

Bellsoft Liberica NIK

Bellsoft Liberica Native Image Kit (NIK) 是一個基於 GraalVM 開源倉庫和 Liberica JDK 的原生映象編譯器發行版。從 Spring Native 0.11 開始，它預設用於 Buildpacks 的原生支援，這與預設使用 Liberica JDK 的 JDK 端保持一致。也可以透過其 SDKMAN 整合或下載安裝它來在本地安裝。

今年早些時候，團隊與 BellSoft 一起宣佈，使用 Liberica Native Image Kit 的 VMware 客戶可以將其 Spring 應用程式作為原生可執行檔案執行，並且確信它們得到了全面支援。

新的基線

Spring Native 0.11 也為我們提供了一個基於 Spring Boot 2.6 的新基線。

GraalVM 21.3 同時支援 Java 11 和 Java 17，並利用條件式原生配置及其他相關最佳化，以實現更小的記憶體佔用和對 JVM 生態系統更好的原生支援。Java 8 版本的 GraalVM 不再提供，因為它太老了，無法合理維護，但您仍然可以使用 Java 11 版本的 GraalVM 編譯大多數 Java 8 應用程式。Native Build Tools 0.9.8 得到了支援，我們繼續合作對其進行改進和最佳化。

Spring Boot 3 的一流原生支援

我認為 Spring Native 0.11 實現了其為 Spring Boot 提供成熟原生選項的目標。Spring 團隊現在可以專注於下一個主要步驟：將精煉的原生支援作為 Spring Framework 6、Spring Boot 3 和相關專案組合的一部分。

請記住，我們在 Spring Native 上所做的一切都是與其他 Spring 專案密切合作完成的，但沒有進行深入的架構更改。隨著 AOT 和原生支援成為 Spring Boot 3 和 Spring Framework 6 的主要主題，這些功能的質量、可維護性和易用性將達到一個新的水平。AOT 引擎將得到精煉並直接整合到 Spring Framework 中。其他專案，如 Spring Data 或 Spring Security，將能夠為其範圍提供原生支援（並進行測試），而 Spring Boot 將在其外掛和文件中提供開箱即用的 AOT 和原生可執行檔案支援。

boot3 aot architecture

我們與 GraalVM 團隊和 JVM 生態系統的合作將增加，以便為 Spring 之外的各種庫提供原生配置，這些配置可以直接放在這些庫中，也可以放在直接整合到 Native Build Tools 層面的原生配置倉庫中。

我們計劃在 2022 年 5 月釋出的 Spring Boot 3 milestone 3 中開始提供開箱即用的 GraalVM 原生支援，充分利用我們在 Spring Native 工作中學到的所有經驗。通用版本預計於 2022 年底釋出。我們有許多令人興奮的計劃，但現在，讓我們與 Spring 團隊成員和做出貢獻的 Spring 社群成員一起慶祝本次釋出。乾杯！

Spring 部落格