优化 Kubernetes 中的 Java 无服务器函数

上一篇 / 下一篇  2022-10-27 13:26:07

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　　由于运行上千个应用程序容器荚Pod所耗费的资源多，令它实现较少工作节点和资源占用所需成本也较高，所以在使用 ??Kubernetes?? 时，快速启动和较少的内存占用是至关重要的。在 Kubernetes 平台运行容器化微服务时，内存占用是比吞吐量更重要的考量因素，这是因为：
　　·由于需要持续运行，所以耗费资源更多（不同于 CPU 占用）
　　· 微服务令开销成本成倍增加
　　· 一个单体应用程序变为若干个微服务的情况（例如 20 个微服务占用的存储空间约有 20GB）
　　这些情况极大影响了无服务器函数的发展和 Java 部署模型。到目前为止，许多企业开发人员选择 Go、Python 或 Node.js 这些替代方案来解决性能瓶颈，直到出现了 ??Quarkus?? 这种基于 kubernetes 的原生 Java 堆栈，才有所改观。本文介绍如何在使用了 Quarkus 的 kubernetes 平台上进行性能优化，以便运行无服务器函数。
　　容器优先的设计理念
　　由于 Java 生态系统中传统的框架都要进行框架的初始化，包括配置文件的处理、??classpath?? 的扫描、类加载、注解的处理以及构建元模型，这些过程都是必不可少的，所以它们都比较耗费资源。如果使用了几种不同的框架，所耗费的资源也是成倍增加。
　　Quarkus 通过“左移shifting left”，把所有的资源开销大的操作都转移到构建阶段，解决了这些 Java 性能问题。在构建阶段进行代码和框架分析、字节码转换和动态元模型生成，而且只有一次，结果是：运行时可执行文件经过高度优化，启动非常快，不需要经过那些传统的启动过程，全过程只在构建阶段执行一次。
Quarkus Build phase
　　更重要的是：Quarkus 支持构建原生可执行文件，它具有良好性能，包括快速启动和极小的驻留集大小resident set size（RSS）内存占用，跟传统的云原生 Java 栈相比，具备即时扩展的能力和高密度的内存利用。
Quarkus RSS and Boot Time Metrics
　　这里有个例子，展示如何使用 Quarkus 将一个 ??Java 无服务器?? 项目构建为本地可执行文件。
　　1、使用 Quarkus 创建无服务器 Maven 项目
　　以下命令生成一个 Quarkus 项目，（例如 ??quarkus-serverless-native??）以此创建一个简单的函数：
　　$ mvn io.quarkus:quarkus-maven-plugin:1.13.4.Final:create \       -DprojectGroupId=org.acme \       -DprojectArtifactId=quarkus-serverless-native \       -DclassName="org.acme.getting.started.GreetingResource"
　　2、构建一个本地可执行文件
　　你需要使用 GraalVM 为 Java 程序构建一个本地可执行文件。你可以选择 GraalVM 的任何发行版，例如 ??Oracle GraalVM Community Edition (CE)??? 或 ??Mandrel??（Oracle GraalVM CE 的下游发行版）。Mandrel 是为支持 OpenJDK 11 上的 Quarkus-native 可执行文件的构建而设计的。
　　打开 pom.xml，你将发现其中的 ??native?? 设置。你将使用它来构建本地可执行文件。
　　<profiles>    <profile>        <id>native</id>        <properties>            <quarkus.package.type>native</quarkus.package.type>        </properties>    </profile></profiles>
　　注意： 你可以在本地安装 GraalVM 或 Mandrel 发行版。你也可以下载 Mandrel 容器映像来构建它（像我那样），因此你还需要在本地运行一个容器引擎（例如 Docker）。
　　假设你已经打开了容器运行时，此时需要运行一下 Maven 命令：
　　使用 Docker 作为容器引擎：
　　$ ./mvnw package -Pnative \  -Dquarkus.native.container-build=true \  -Dquarkus.native.container-runtime=docker
　　使用 Podman 作为容器引擎：
　　$ ./mvnw package -Pnative \  -Dquarkus.native.container-build=true \  -Dquarkus.native.container-runtime=podman
　　输出信息结尾应当是 BUILD SUCCESS。
Native Build Logs
　　不借助 JVM 直接运行本地可执行文件：
　　$ target/quarkus-serverless-native-1.0.0-SNAPSHOT-runner
　　输出信息类似于：
　　__  ____  __  _____   ___  __ ____  ______ --/ __ \/ / / / _ | / _ \/ //_/ / / / __/ -/ /_/ / /_/ / __ |/ , _/ ,< / /_/ /\ \  --\___\_\____/_/ |_/_/|_/_/|_|\____/___/  INFO  [io.quarkus] (main) quarkus-serverless-native 1.0.0-SNAPSHOT native(powered by Quarkus xx.xx.xx.) Started in 0.019s. Listening on: http://0.0.0.0:8080INFO [io.quarkus] (main) Profile prod activated.INFO [io.quarkus] (main) Installed features: [cdi, kubernetes, resteasy]
　　简直是超音速！启动只花了 19 毫秒。你的运行时间可能稍有不同。
　　使用 Linux 的 ps 工具检测一下，结果内存占用还是很低。检测的方法是：在应用程序运行期间，另外打开一个终端，运行如下命令：
　　$ ps -o pid,rss,command -p $(pgrep -f runner)
　　输出结果类似于：
　　PID    RSS COMMAND10246  11360 target/quarkus-serverless-native-1.0.0-SNAPSHOT-runner
　　该进程只占 11MB 内存。非常小！
　　注意: 各种应用程序（包括 Quarkus）的驻留集大小和内存占用，都因运行环境而异，并随着应用程序载入而上升。
　　你也可以使用 REST API 访问这个函数。输出结果应该是 ??Hello RESTEasy??:
　　$ curl localhost:8080/helloHello RESTEasy
　　3、把函数部署到 Knative 服务
　　如果你还没有创建命名空间，现在就在 ??OKD???（OpenShift Kubernetes 发行版）??创建一个命名空间???（例如 ??quarkus-serverless-native???），进而把这个本地可执行文件部署为无服务器函数。然后添加 ??quarkus-openshift?? 扩展：
　　$ ./mvnw -q quarkus:add-extension -Dextensions="openshift"
　　向 ??src/main/resources/application.properties?? 文件中添加以下内容，配置 Knative 和 Kubernetes 的相关资源：
　　quarkus.container-image.group=quarkus-serverless-nativequarkus.container-image.registry=image-registry.openshift-image-registry.svc:5000quarkus.native.container-build=truequarkus.kubernetes-client.trust-certs=truequarkus.kubernetes.deployment-target=knativequarkus.kubernetes.deploy=truequarkus.openshift.build-strategy=docker
　　构建本地可执行文件，并把它直接部署到 OKD 集群：
　　$ ./mvnw clean package -Pnative
　　注意： 提前使用 oc login 命令，确保登录的是正确的项目（例如 ??quarkus-serverless-native??）。
　　输出信息结尾应当是 BUILD SUCCESS。完成一个本地二进制文件的构建并部署为 Knative 服务需要花费几分钟。成功创建服务后，使用 ??kubectl??? 或 ??oc?? 命令工具，可以查看 Knative 服务和版本信息：
　　$ kubectl get ksvcNAME                        URL   [...]quarkus-serverless-native   http://quarkus-serverless-native-[...].SUBDOMAIN  True$ kubectl get revNAME                              CONFIG NAME                 K8S SERVICE NAME                  GENERATION   READY   REASONquarkus-serverless-native-00001   quarkus-serverless-native   quarkus-serverless-native-00001   1            True
　　4、访问本地可执行函数
　　运行 kubectl 命令，搜索无服务器函数的节点：
　　$ kubectl get rt/quarkus-serverless-native
　　输出信息类似于：
　　NAME                         URL                                                                                                          READY   REASONquarkus-serverless-native   http://quarkus-serverless-restapi-quarkus-serverless-native.SUBDOMAIN   True
　　用 curl 命令访问上述信息中的 ??URL?? 字段：
　　$ curl http://quarkus-serverless-restapi-quarkus-serverless-native.SUBDOMAIN/hello
　　过了不超过一秒钟，你也会得到跟本地操作一样的结果：
　　Hello RESTEasy
　　当你在 OKD 群集中访问 Quarkus 运行中的节点的日志，你会发现本地可执行文件正在以 Knative 服务的形式运行。

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TAG: 软件开发 Java

 

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