1概述

SpringBoot框架不用多介紹，Java程序員想必都知道。相對來說熟悉Quarkus的人可能會少一些。Quarkus首頁放出的標(biāo)語：超音速亞原子的Java（Supersonic Subatomic Java）。

它是為 OpenJDK HotSpot 和 GraalVM 量身定制的 Kubernetes Native Java 框架，基于同類最佳的 Java 庫和標(biāo)準(zhǔn)制作而成。Quarkus 的到來為開發(fā) Linux 容器和 kubernetes 原生 Java 微服務(wù)帶來了一個創(chuàng)新平臺。

在本文中，我們將對這兩個 Java 框架 Spring Boot 和 Quarkus 進(jìn)行簡單的比較。我們可以更好地了解它們之間的異同，以及一些特殊性。我們還會執(zhí)行一些測試來衡量它們的性能。最后，我們會介紹一個開發(fā)人員如何從Spring轉(zhuǎn)換到Quarkus。

2SpringBoot

Spring Boot 是一個基于 Java 的框架，專注于企業(yè)應(yīng)用。它可以簡單使用所有 Spring 項目，并集成了許多開箱即用的功能，來幫助開發(fā)人員提高生產(chǎn)力。

Spring Boot減少了配置和樣板代碼的數(shù)量。此外，由于其約定優(yōu)于配置方法，它根據(jù)依賴項自動注冊默認(rèn)配置，大大縮短了 Java 應(yīng)用程序的開發(fā)周期。

3Quarkus

Quarkus 是另一個采用與上述 Spring Boot 類似方法的框架，但還有一個額外的優(yōu)點，即以更快的啟動時間、更好的資源利用率和效率交付更小的工件（Supersonic、Subatomic）。

它針對云、無服務(wù)器和容器化環(huán)境進(jìn)行了優(yōu)化。盡管側(cè)重點略有不同， Quarkus 也能與最流行的 Java 框架很好地集成。

4比較

如上所述，這兩個框架都與其他項目和框架有很好的集成。但是，它們的內(nèi)部實現(xiàn)和架構(gòu)是不同的。例如，Spring Boot 提供兩種類型的 Web 功能：阻塞（Servlets）和非阻塞（WebFlux）。

另一方面，Quarkus 也提供這兩種方法，但與 Spring Boot 不同的是，它允許我們同時使用阻塞和非阻塞方法。此外，Quarkus 在其架構(gòu)中嵌入了反應(yīng)式編程方法。

為了在我們的比較中獲得更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，我們將使用兩個完全響應(yīng)式的應(yīng)用程序，這些應(yīng)用程序使用 Spring WebFlux 和 Quarkus 響應(yīng)式功能實現(xiàn)。

此外，Quarkus 項目中最重要的功能之一是能夠創(chuàng)建原生鏡像（Native Images，基于特定平臺的可執(zhí)行二進(jìn)制文件）。因此，我們還將在比較中包含兩個原生映像，但 Spring 的原生鏡像支持仍處于試驗階段。另外我們需要用到 GraalVM。

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測試應(yīng)用

我們的應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)三個 API：一個允許用戶創(chuàng)建郵政編碼，另一個用于查找特定郵政編碼的信息，最后按城市查詢郵政編碼。這些 API 是使用了前面提到的 Spring Boot 和 Quarkus 的反應(yīng)式方法實現(xiàn)的，數(shù)據(jù)庫使用的是PostgreSQL。

我們的目標(biāo)是創(chuàng)建一個比 HelloWorld 程序稍微復(fù)雜一些的樣例程序。當(dāng)然，數(shù)據(jù)庫驅(qū)動和序列化框架等內(nèi)容的實現(xiàn)會影響我們的比較結(jié)果。但是，大多數(shù)應(yīng)用程序可能都會需要處理這些事情。

因此，比較的目的并不是為了證明哪個框架更好或更高效，而是分析研究這些特定實現(xiàn)的一個案例。

測試計劃

為了測試這兩種實現(xiàn)，我們將使用 JMeter 執(zhí)行測試，并分析其測試報告。此外，我們將使用 VisualVM 在執(zhí)行測試期間監(jiān)控應(yīng)用程序的資源利用率。

測試將運行 5 分鐘，會調(diào)用所有 API，從預(yù)熱期開始，然后增加并發(fā)用戶數(shù)，直到達(dá)到 1,500。我們將在前幾秒鐘開始填充數(shù)據(jù)庫，然后開始查詢，如下所示：

所有測試均在以下規(guī)格的機(jī)器上進(jìn)行：

由于缺乏與其他后臺進(jìn)程的隔離，最終結(jié)果可能不太理想，但正如前面提到的，我們無意對這兩個框架的性能進(jìn)行廣泛而詳細(xì)的分析。

5調(diào)查結(jié)果

對開發(fā)人員來說，這兩個項目的體驗都很棒，但值得一提的是 Spring Boot 有更好的文檔，在網(wǎng)上也可以找到更多資料。Quarkus 在這方面正在改進(jìn)，但仍然有點落后。

在指標(biāo)方面，我們有如下結(jié)果：

通過這個實驗，我們可以觀察到 Quarkus 在 JVM 和原生版本的啟動時間方面幾乎比 Spring Boot 快一倍。構(gòu)建時間也快得多。在原生鏡像的情況下，構(gòu)建耗時：9 分鐘（Quarkus）對 13 分鐘（Spring Boot），JVM 構(gòu)建耗時：20 秒（Quarkus）對 39 秒（Spring Boot）。

Artifact（工件）的大小出現(xiàn)了同樣的情況，Quarkus 生成了更小的工件而再次領(lǐng)先。原生映像：75MB (Quarkus) 對 109MB (Spring Boot)，以及JVM 版本：4KB (Quarkus) 對 26MB (Spring Boot)。

關(guān)于其他指標(biāo)，結(jié)論并不是那么顯而易見。因此，我們需要更深入地了解一下。

CPU

我們看到 JVM 版本在預(yù)熱階段開始時消耗更多的 CPU。之后CPU使用率趨于穩(wěn)定，所有版本的消耗相對均等。

以下是 JVM 和 Native 版本中 Quarkus 的 CPU 消耗：

內(nèi)存

內(nèi)存就更復(fù)雜了。首先，很明顯，兩個框架的 JVM 版本都為Heap（堆）預(yù)留了更多內(nèi)存。盡管如此，Quarkus 從一開始就預(yù)留了較少的內(nèi)存，啟動期間的內(nèi)存利用率也是如此。

然后，查看測試期間的利用率，我們可以觀察到Native版本似乎不像 JVM 版本那樣有效或頻繁地回收內(nèi)存。可以通過調(diào)整一些參數(shù)來改善這一點，在這個比較中，我們使用了默認(rèn)參數(shù)，并沒有對 GC、JVM 選項或任何其他參數(shù)進(jìn)行更改。

讓我們看一下內(nèi)存使用圖：

在測試期間盡管Quarkus出現(xiàn)了更高的峰值，但確實消耗的內(nèi)存資源更少。

響應(yīng)時間

最后，關(guān)于響應(yīng)時間和峰值使用的線程數(shù)，Spring Boot 似乎略微具有優(yōu)勢。它能夠使用更少的線程處理相同的負(fù)載，同時還具有更好的響應(yīng)時間。

Spring Boot Native 版本在這種情況下表現(xiàn)出更好的性能。但是讓我們看看每個版本的響應(yīng)時間分布：

盡管有更多異常值，但 Spring Boot JVM 版本隨著時間的推移取得了最好的進(jìn)展，這很可能是由于 JIT 編譯器優(yōu)化^[1]。

Quarkus 在低資源利用率方面表現(xiàn)出強(qiáng)大的實力。然而，至少在這個實驗中，Spring Boot 在吞吐量和響應(yīng)能力方面與Quarkus旗鼓相當(dāng)。

這兩個框架都能夠處理所有請求而沒有任何錯誤。不僅如此，他們的表現(xiàn)也十分相似，并沒有太大的差距。

總而言之

考慮到所有因素，在實現(xiàn) Java 應(yīng)用程序時，這兩個框架都是很好的選擇。

Native程序速度快且資源消耗低，是無服務(wù)器、短期（short-living）應(yīng)用和資源消耗敏感環(huán)境的絕佳選擇。

另一方面，JVM 應(yīng)用程序似乎有更多的開銷，但隨著時間的推移具有出色的穩(wěn)定性和高吞吐量，非常適合健壯、長壽命的應(yīng)用程序。

測試程序的代碼和用于測試它們的腳本可以在 GitHub 上找到^[2]。

6從 Spring 轉(zhuǎn)換到 Quarkus

隨著K8s的興起，對原生應(yīng)用支持良好的Quarkus框架也越來越受到關(guān)注很多開發(fā)人員在考慮從 Spring 轉(zhuǎn)換到 Quarkus。然而，開發(fā)人員在開始評估新的框架時通常必須擱置他們現(xiàn)有的知識。

幸運的是， Quarkus 不一樣，因為它是由一群在 Java 技術(shù)方面具有深厚專業(yè)知識的工程師創(chuàng)建的。這包括 Spring API 兼容性，創(chuàng)建Quarkus的工程師同時也是在 Red Hat Runtime 上為 Spring Boot 提供支持的工程師。

7我是 Spring 開發(fā)者，為什么要選Quarkus？

越來越明顯的是，容器化，尤其是 Kubernetes，正在迫使人們重新評估 Java ，用于開發(fā)云原生應(yīng)用程序。Kubernetes 是一種高度動態(tài)的共享基礎(chǔ)設(shè)施。由于集群中托管的應(yīng)用程序數(shù)量的增長以及對應(yīng)用程序生命周期變化的響應(yīng)能力的提高（例如重新部署和向上/向下擴(kuò)展），基礎(chǔ)設(shè)施的投入變得更加劃算。

傳統(tǒng)的 Java 云原生運行時在現(xiàn)有的棧上增加了新的分層，而沒有真正重新考慮底層。這導(dǎo)致更大的內(nèi)存消耗和更慢的啟動時間，以至于現(xiàn)在很多公司為了從 Kubernetes 集群的大量投資中獲得更多價值，愿意放棄他們深厚的 Java 專業(yè)知識，為 Go 和 Node.js 重新培養(yǎng)人才和開發(fā)工具。

這正是 Quarkus 解決的問題。Quarkus 針對內(nèi)存使用率和快速啟動時間進(jìn)行了優(yōu)化。與其他云原生 Java 棧相比，在 JVM 上運行的 Quarkus 應(yīng)用可以在相同數(shù)量的RAM中提供近兩倍的應(yīng)用程序?qū)嵗⑶耶?dāng)打包為原生二進(jìn)制文件時，實例數(shù)量增加了 7 倍。

這不僅僅是使用 SubstrateVM^[3]（GraalVM 的一個特性）簡單地編譯為原生二進(jìn)制文件。

Quarkus 專為 Kubernetes 的基礎(chǔ)設(shè)施優(yōu)化了傳統(tǒng)的 “高度動態(tài)”框架，從而降低了內(nèi)存利用率并加快了初始啟動速度，結(jié)果是運行時效率的顯著提高。這些經(jīng)過優(yōu)化且文檔齊全的框架稱為“擴(kuò)展”，由同類最佳的標(biāo)準(zhǔn) API 組成。

我司為什么要從 Spring Boot 遷移到 Quarkus？

以我們公司為例，我司的舊系統(tǒng)基于 Spring 和 Tomcat。當(dāng)我們維護(hù)和部署時，這個傳統(tǒng)的框架給我們帶來了一些困擾，基于以下原因我們決定遷移到Quarkus：

• 內(nèi)存和 CPU 消耗：對于正在執(zhí)行的操作，Spring 和 Tomcat 框架在應(yīng)用的主要目的之外使用了過多的資源。

• 預(yù)熱時間：Spring 應(yīng)用程序可能需要 10-20 秒的時間才能啟動，之后應(yīng)用程序才可以開始預(yù)熱。

• 無用的代碼：作為開發(fā)人員，我們都討厭樣板代碼（boilerplate code）。

• 測試：Quarkus 讓編寫單元測試和集成測試變得非常容易。只需在那里打一個@QuarkusTest 注釋，它實際上會啟動整個應(yīng)用程序以運行您的測試。

• 橫向擴(kuò)展（Scale-out） vs. 縱向擴(kuò)展（Scale-up）：每個應(yīng)用程序越小（資源方面），我們可以添加的越多。在這里橫向可擴(kuò)展性勝出。

• 學(xué)習(xí)曲線：Quarkus 的在線文檔非常簡單易懂。

8Spring 開發(fā)者可以活用哪些現(xiàn)有知識？

Quarkus 的 Spring API 兼容性包括 Spring DI、Spring Web 和 Spring Data JPA。同時也在計劃其他 Spring API，如 Spring Security 和 Spring Config。在 JVM 上運行時，Quarkus 應(yīng)用程序幾乎可以利用任何 Java 庫。只要不使用 Java 反射，這些Java庫就可以編譯為原生。

例如，受 Spring 開發(fā)人員歡迎的 Lombok 庫就可以原生編譯。需要明確的是，Quarkus 中的 Spring API 兼容性并非為了作為一個完整的 Spring 平臺來重新托管現(xiàn)有的 Spring 應(yīng)用程序。目的是為了讓基于 Quarkus 開發(fā)新應(yīng)用程序成為一種自然的入門體驗。結(jié)合預(yù)先優(yōu)化的擴(kuò)展，Quarkus 為微服務(wù)開發(fā)提供了大量的功能。很多開發(fā)人員已成功將 Spring 應(yīng)用程序遷移到 Quarkus。

Spring 框架本質(zhì)上是高度動態(tài)的。為了解決這個問題，Quarkus的Spring 兼容性擴(kuò)展將 Spring API 映射到現(xiàn)有擴(kuò)展中的 API，這些擴(kuò)展已經(jīng)針對快速啟動、降低內(nèi)存利用率和原生編譯進(jìn)行了優(yōu)化，例如 RestEasy 和 CDI。此外，Quarkus的Spring 兼容性擴(kuò)展不使用 Spring 應(yīng)用程序上下文。由于這些原因，嘗試使用額外的 Spring 庫可能不會奏效。

Quarkus Spring Web Example

import java.util.List;
import java.util.Optional;
import org.springframework.web.bind.annotation.*;

@RestController
@RequestMapping("/person")
public class PersonController {
    @GetMapping(path = "/greet/{id}", produces = "text/plain")
    public String greetPerson(@PathVariable(name = "id") long id) {
        String name="";
        // ...
        return name;
    }

    @GetMapping(produces = "application/json")
    public Iterable<Person> findAll() {
        return personRepository.findAll();
    }

Quarkus Spring Repository Example

package org.acme.springmp;

import java.util.List;
import org.springframework.data.repository.CrudRepository;

public interface PersonRepository extends CrudRepository<Person, Long> {
    List<Person> findByAge(int age);
}

Quarkus Spring Service + MicroProfile Fault Tolerance Example

import org.eclipse.microprofile.faulttolerance.Fallback;
import org.eclipse.microprofile.faulttolerance.Timeout;
import org.eclipse.microprofile.rest.client.inject.RestClient;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Value;
import org.springframework.stereotype.Service;

@Service                                            // Spring
public class PersonService {

    @Autowired                                      // Spring
    @RestClient                                     // MicroProfile
    SalutationMicroProfileRestClient salutationRestClient;

    @Value("${fallbackSalutation}")                 // Spring
    String fallbackSalutation;

    @CircuitBreaker(delay=5000, failureRatio=.5)    // MicroProfile
    @Fallback(fallbackMethod = "salutationFallback")// MicroProfile
    public String getSalutation() {
        return salutationRestClient.getSalutation();
    }

9對Spring開發(fā)者有額外的好處嗎？

除了提高內(nèi)存利用率和啟動時間外，Quarkus 還為 Spring 開發(fā)人員提供了以下好處：

• 功能即服務(wù) (FaaS) 。當(dāng)編譯為原生二進(jìn)制文件時，Quarkus 應(yīng)用程序可以在 0.0015 秒內(nèi)啟動，從而可以將現(xiàn)有的 Spring 和 Java API 知識與 FaaS 功能結(jié)合使用。（Azure、AWS Lambda）

• 實時編碼。從“Hello World”示例應(yīng)用程序開始，然后將其轉(zhuǎn)換為復(fù)雜的微服務(wù)，而無需重新啟動應(yīng)用程序。只需保存并重新加載瀏覽器即可查看沿途的變化。Quarkus 實時編碼“開箱即用”，與 IDE 無關(guān)。

• 支持反應(yīng)式和命令式模型。 Quarkus 有一個反應(yīng)式核心，支持傳統(tǒng)的命令式模型、反應(yīng)式模型，或在同一應(yīng)用程序中同時支持兩者。

• 早期檢測依賴注入錯誤。 Quarkus 在編譯期間而不是在運行時捕獲依賴項注入錯誤。

• 最佳框架和標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)合。Quarkus 在同一應(yīng)用程序中支持 Spring API 兼容性、Eclipse Vert.x、MicroProfile（JAX-RS、CDI 等）、反應(yīng)式流和消息傳遞等，可以在一個項目中同時使用 Spring 和 MicroProfile API。

10Spring開發(fā)者如何開始學(xué)習(xí)Quarkus？

推薦的步驟包括：

• 參看入門指南^[4]作為 Quarkus 的一般介紹。

• 參看 Spring DI^[5]、Spring Web^[6] 和 Spring Data JPA^[7] 的指南。

• 使用 code.quarkus.io^[8] 創(chuàng)建一個新應(yīng)用。

參考資料

     
     

      
      

       
       

        
        

         
         
        
        
       
       
      
      
     
     
    
    

     
     

      
      
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         學(xué)習(xí)NetFilx公司產(chǎn)品，如Eureka、Hystrix、Zuul、Feign、Ribbon等，以及學(xué)習(xí)Spring Cloud Alibabba體系
        
        
       
       

        
        

         
         微服務(wù)架構(gòu)下的性能優(yōu)化
        
        
       
       

        
        

         
         中間件源碼剖析
        
        
       
       

        
        

         
         元原生以及虛擬化技術(shù)
        
        
       
       

        
        

         
         從0開始，項目實戰(zhàn) SpringCloud Alibaba電商項目
         
         

        
        
      
      
      
      

       
       

        
        

         
         
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