构建 GraalVM Docker 镜像-工具盒子

1、简介 {#1简介}

GraalVM 使用其 Ahead-Of-Time（AOT）编译器将 Java 应用程序编译为机器可执行文件。这些可执行文件直接在目标机器上执行，而无需使用即时编译器（JIT）。GraalVM生成的二进制文件体积较小，启动速度快，并且在没有任何预热的情况下提供最佳性能。此外，这些可执行文件相比在 JVM 上运行的应用程序而言，内存占用和 CPU 使用率较低。

通过 Docker，我们可以将软件组件打包成 Docker Image，并作为 Docker 容器运行。Docker 容器包含应用程序运行所需的一切，包括应用程序代码、运行时、系统工具和库。

在本教程中，我们将了解如何创建 Java 应用程序的 GraalVM 原生（native）镜像，以及如何将该原生镜像用作 Docker 镜像，并将其作为 Docker 容器运行。

2、原生镜像是什么？ {#2原生镜像是什么}

原生镜像（Native Image）是一种将 Java 代码提前编译成原生可执行文件的技术。该原生可执行文件只包含运行时需要执行的代码。这包括应用程序类、标准库类、语言运行时和 JDK 中静态链接的本地代码。

原生镜像生成器（Native Image Builder）会扫描应用程序类和其他元数据，以创建一个特定于操作系统和体系结构的二进制文件。本地镜像工具会执行静态应用程序代码分析，以确定应用程序运行时可访问的类和方法。然后，它将所需的类、方法和资源编译成二进制可执行文件。

3、原生镜像的优点 {#3原生镜像的优点}

原生镜像可执行文件有几个好处：

由于原生镜像生成器只编译运行时所需的资源，因此可执行文件的体积很小
本地可执行文件的启动时间极短，因为它们是在目标机器中直接执行的，无需使用 JIT 编译器
由于只打包所需的应用程序资源，暴漏的攻击面较小
将其打包为轻量级容器镜像（如 Docker Image），有助于快速高效地部署

4、构建 GraalVM 原生镜像 {#4构建-graalvm-原生镜像}

在本节中，我们将为 Spring Boot 应用构建 GraalVM 原生镜像。首先，需要安装 GraalVM 并设置 JAVA_HOME 环境变量。其次，创建一个包含 Spring Web 和 GraalVM Native Support 依赖的 Spring Boot 应用：

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
    <version>3.1.4</version>
</dependency>

还需要添加以下插件，为 GraalVM 原生镜像提供支持：

<build>
    <plugins>
        <plugin>
            <groupId>org.graalvm.buildtools</groupId>
            <artifactId>native-maven-plugin</artifactId>
            <version>0.9.27</version>
        </plugin>
    </plugins>
</build>

该应用包含一个 Rest Controller 示例：

@RestController
class HelloController {

    @GetMapping
    public String hello() {
    return "Hello GraalVM";
    }
}

通过 Maven 命令构建本地可执行文件：

$mvn -Pnative native:compile

native-maven-plugin 是用于构建 GraalVM 原生镜像的插件。由于 GraalVM 原生镜像编译器会执行静态代码分析，因此与普通 Java 应用程序编译相比，构建时间较长。

以下是 GraalVM 编译的输出结果：

========================================================================================================================
GraalVM Native Image: Generating 'springboot-graalvm-docker' (executable)...
========================================================================================================================
<strong>[1/8] Initializing... (42.7s @ 0.15GB)</strong>
Java version: 17.0.8+9-LTS, vendor version: Oracle GraalVM 17.0.8+9.1
Graal compiler: optimization level: 2, target machine: x86-64-v3, PGO: ML-inferred
C compiler: gcc (linux, x86_64, 11.3.0)
Garbage collector: Serial GC (max heap size: 80% of RAM)

// 省略 ...

<strong>[2/8] Performing analysis... [******] (234.6s @ 1.39GB)</strong>
15,543 (90.25%) of 17,222 types reachable
25,854 (67.59%) of 38,251 fields reachable
84,701 (65.21%) of 129,883 methods reachable
4,906 types, 258 fields, and 4,984 methods registered for reflection
64 types, 70 fields, and 55 methods registered for JNI access
4 native libraries: dl, pthread, rt, z
[3/8] Building universe... (14.7s @ 2.03GB)
[4/8] Parsing methods... [*******] (55.6s @ 2.05GB)
[5/8] Inlining methods... [***] (4.9s @ 2.01GB)
[6/8] Compiling methods... [**********
[6/8] Compiling methods... [*******************] (385.2s @ 3.02GB)
[7/8] Layouting methods... [****] (14.0s @ 2.00GB)
[8/8] Creating image... [*****] (30.7s @ 2.72GB)
48.81MB (58.93%) for code area: 48,318 compilation units
30.92MB (37.33%) for image heap: 398,288 objects and 175 resources
3.10MB ( 3.75%) for other data
82.83MB in total

// 省略 ...

Finished generating 'springboot-graalvm-docker' in 13m 7s.

// 省略 ...

在上述编译输出中，有以下几个关键点：

编译时使用 GraalVM Java 编译器编译应用程序
编译器会对类型、字段和方法进行可达性检查
接着，它构建本机可执行文件并显示可执行文件的大小以及编译所花费的时间

构建成功后，可以在 target 目录中找到本地可执行文件。该可执行文件可在命令行中执行。

5、构建 Docker Image {#5构建-docker-image}

在本节中，为上一步生成的本地可执行文件构建一个 Docker 镜像。

创建 Dockerfile，如下：

FROM ubuntu:jammy
COPY target/springboot-graalvm-docker /springboot-graalvm-docker
CMD ["/springboot-graalvm-docker"]

接下来，使用以下命令构建 Docker 镜像：

$docker build -t springboot-graalvm-docker .

构建成功后，可以通过 docker images 命令看到 springboot-graalvm-docker 的 Docker 镜像已经可用：

$docker images | grep springboot-graalvm-docker

使用以下命令运行镜像：

$docker run -p 8080:8080 springboot-graalvm-docker

通过上述命令启动容器后，可以看到 Spring Boot 的启动日志：

// 省略...

***  INFO 1 --- [           main] w.s.c.ServletWebServerApplicationContext : Root WebApplicationContext: initialization <strong>completed in 14 ms</strong>
***  INFO 1 --- [           main] o.s.b.w.embedded.tomcat.TomcatWebServer  : Tomcat started on port(s): 8080 (http) with context path ''
***  INFO 1 --- [           main] c.b.g.GraalvmDockerImageApplication      : Started GraalvmDockerImageApplication in 0.043 seconds (process running for 0.046)

应用程序启动花费了 43 毫秒，可以通过以下命令访问 REST 端点：