前言
在 Java 和 Kotlin 中, 除了使用Spring Boot创建微服务外,还有很多其他的替代方案。
名称 | 版本 | 发布时间 | 开发商 | GitHub |
---|---|---|---|---|
Helidon SE | 1.4.1 | 2019年 | 甲骨文 | 链接 |
Ktor | 1.3.0 | 2018年 | JetBrains | 链接 |
Micronaut | 1.2.9 | 2018年 | Object Computing | 链接 |
Quarkus | 1.2.0 | 2019年 | Red Hat | 链接 |
Spring Boot | 2.2.4 | 2014年 | Pivotal | 链接 |
本文,基于这些微服务框架,创建了五个服务,并使用Consul的服务发现模式实现服务间的 相互通信。因此,它们形成了异构微服务架构(Heterogeneous Microservice Architecture, 以下简称 MSA):
本文简要考虑了微服务在各个框架上的实现(更多细节请查看源代码:https : //github.com/rkudryashov/heterogeneous-microservices)
- 技术栈:
- JDK 13
- Kotlin
- Gradle (Kotlin DSL)
- JUnit 5
- 功能接口(HTTP API):
- GET /application-info{?request-to=some-service-name}
- — 返回微服务的一些基本信息(名称、框架、发布年份)
- GET /application-info/logo
- — 返回logo信息
- GET /application-info{?request-to=some-service-name}
- 实现方式:
- 使用文本文件的配置方式
- 使用依赖注入
- HTTP API
- MSA:
- 使用服务发现模式(在Consul中注册,通过客户端负载均衡的名称请求另一个微服务的HTTP API)
- 构建一个 uber-JAR
先决条件
- JDK 13
- Consul
从头开始创建应用程序
要基于其中一个框架上生成新项目,你可以使用web starter 或其他选项(例如,构建工具或 IDE):
名称 | Web starter | 指南 | 支持的开发语言 |
---|---|---|---|
Helidon | 链接(MP) | 链接(SE) 链接(MP) | Java,Kotlin |
Ktor | 链接 | 链接 | Kotlin |
Micronaut | 链接 | 链接 | Groovy、Java、Kotlin |
Quarkus | 链接 | 链接 | Java、Kotlin、Scala |
Spring Boot | 链接 | 链接 | Groovy、Java、Kotlin |
Helidon服务
该框架是在 Oracle 中创建以供内部使用,随后成为开源。Helidon 非常简单和快捷,它提供了两个版本:标准版(SE)和MicroProfile(MP)。在这两种情况下,服务都是一个常规的 Java SE 程序。(在Helidon上了解更多信息)
Helidon MP 是 Eclipse MicroProfile的实现之一,这使得使用许多 API 成为可能,包括 Java EE 开发人员已知的(例如 JAX-RS、CDI等)和新的 API(健康检查、指标、容错等)。在 Helidon SE 模型中,开发人员遵循“没有魔法”的原则,例如,创建应用程序所需的注解数量较少或完全没有。
Helidon SE 被选中用于微服务的开发。因为Helidon SE 缺乏依赖注入的手段,因此为此使用了Koin。
以下代码示例,是包含 main 方法的类。为了实现依赖注入,该类继承自KoinComponent。
首先,Koin 启动,然后初始化所需的依赖并调用startServer()方法—-其中创建了一个WebServer类型的对象,应用程序配置和路由设置传递到该对象;
启动应用程序后在Consul注册:
object HelidonServiceApplication : KoinComponent { @JvmStatic fun main(args: Array<String>) { val startTime = System.currentTimeMillis() startKoin { modules(koinModule) } val applicationInfoService: ApplicationInfoService by inject() val consulClient: Consul by inject() val applicationInfoProperties: ApplicationInfoProperties by inject() val serviceName = applicationInfoProperties.name startServer(applicationInfoService, consulClient, serviceName, startTime) } } fun startServer( applicationInfoService: ApplicationInfoService, consulClient: Consul, serviceName: String, startTime: Long ): WebServer { val serverConfig = ServerConfiguration.create(Config.create().get("webserver")) val server: WebServer = WebServer .builder(createRouting(applicationInfoService)) .config(serverConfig) .build() server.start().thenAccept { ws -> val durationInMillis = System.currentTimeMillis() - startTime log.info("Startup completed in $durationInMillis ms. Service running at: http://localhost:" + ws.port()) // register in Consul consulClient.agentClient().register(createConsulRegistration(serviceName, ws.port())) } return server }
路由配置如下:
private fun createRouting(applicationInfoService: ApplicationInfoService) = Routing.builder() .register(JacksonSupport.create()) .get("/application-info", Handler { req, res -> val requestTo: String? = req.queryParams() .first("request-to") .orElse(null) res .status(Http.ResponseStatus.create(200)) .send(applicationInfoService.get(requestTo)) }) .get("/application-info/logo", Handler { req, res -> res.headers().contentType(MediaType.create("image", "png")) res .status(Http.ResponseStatus.create(200)) .send(applicationInfoService.getLogo()) }) .error(Exception::class.java) { req, res, ex -> log.error("Exception:", ex) res.status(Http.Status.INTERNAL_SERVER_ERROR_500).send() } .build()
该应用程序使用HOCON格式的配置文件:
webserver { port: 8081 } application-info { name: "helidon-service" framework { name: "Helidon SE" release-year: 2019 } }
还可以使用 JSON、YAML 和properties 格式的文件进行配置(在Helidon 配置文档中了解更多信息)。
Ktor服务
该框架是为 Kotlin 编写和设计的。和 Helidon SE 一样,Ktor 没有开箱即用的 DI,所以在启动服务器依赖项之前应该使用 Koin 注入:
val koinModule = module { single { ApplicationInfoService(get(), get()) } single { ApplicationInfoProperties() } single { ServiceClient(get()) } single { Consul.builder().withUrl("https://localhost:8500").build() } } fun main(args: Array<String>) { startKoin { modules(koinModule) } val server = embeddedServer(Netty, commandLineEnvironment(args)) server.start(wait = true) }
应用程序需要的模块在配置文件中指定(HOCON格式;更多配置信息参考Ktor配置文档 ),其内容如下:
ktor { deployment { host = localhost port = 8082 environment = prod // for dev purpose autoreload = true watch = [io.heterogeneousmicroservices.ktorservice] } application { modules = [io.heterogeneousmicroservices.ktorservice.module.KtorServiceApplicationModuleKt.module] } } application-info { name: "ktor-service" framework { name: "Ktor" release-year: 2018 } }
在 Ktor 和 Koin 中,术语“模块”具有不同的含义。
在 Koin 中,模块类似于 Spring 框架中的应用程序上下文。Ktor的模块是一个用户定义的函数,它接受一个 Application类型的对象,可以配置流水线、注册路由、处理请求等:
fun Application.module() { val applicationInfoService: ApplicationInfoService by inject() if (!isTest()) { val consulClient: Consul by inject() registerInConsul(applicationInfoService.get(null).name, consulClient) } install(DefaultHeaders) install(Compression) install(CallLogging) install(ContentNegotiation) { jackson {} } routing { route("application-info") { get { val requestTo: String? = call.parameters["request-to"] call.respond(applicationInfoService.get(requestTo)) } static { resource("/logo", "logo.png") } } } }
此代码是配置请求的路由,特别是静态资源logo.png。
下面是基于Round-robin算法结合客户端负载均衡实现服务发现模式的代码:
class ConsulFeature(private val consulClient: Consul) { class Config { lateinit var consulClient: Consul } companion object Feature : HttpClientFeature<Config, ConsulFeature> { var serviceInstanceIndex: Int = 0 override val key = AttributeKey<ConsulFeature>("ConsulFeature") override fun prepare(block: Config.() -> Unit) = ConsulFeature(Config().apply(block).consulClient) override fun install(feature: ConsulFeature, scope: HttpClient) { scope.requestPipeline.intercept(HttpRequestPipeline.Render) { val serviceName = context.url.host val serviceInstances = feature.consulClient.healthClient().getHealthyServiceInstances(serviceName).response val selectedInstance = serviceInstances[serviceInstanceIndex] context.url.apply { host = selectedInstance.service.address port = selectedInstance.service.port } serviceInstanceIndex = (serviceInstanceIndex + 1) % serviceInstances.size } } } }
主要逻辑在install方法中:在Render请求阶段(在Send阶段之前执行)首先确定被调用服务的名称,然后consulClient请求服务的实例列表,然后通过循环算法定义一个实例正在调用。因此,以下调用成为可能:
fun getApplicationInfo(serviceName: String): ApplicationInfo = runBlocking { httpClient.get<ApplicationInfo>("http://$serviceName/application-info") }
Micronaut 服务
Micronaut 由Grails框架的创建者开发,灵感来自使用 Spring、Spring Boot 和 Grails 构建服务的经验。该框架目前支持 Java、Kotlin 和 Groovy 语言。依赖是在编译时注入的,与 Spring Boot 相比,这会导致更少的内存消耗和更快的应用程序启动。
主类如下所示:
object MicronautServiceApplication { @JvmStatic fun main(args: Array<String>) { Micronaut.build() .packages("io.heterogeneousmicroservices.micronautservice") .mainClass(MicronautServiceApplication.javaClass) .start() } }
基于 Micronaut 的应用程序的某些组件与它们在 Spring Boot 应用程序中的对应组件类似,例如,以下是控制器代码:
@Controller( value = "/application-info", consumes = [MediaType.APPLICATION_JSON], produces = [MediaType.APPLICATION_JSON] ) class ApplicationInfoController( private val applicationInfoService: ApplicationInfoService ) { @Get fun get(requestTo: String?): ApplicationInfo = applicationInfoService.get(requestTo) @Get("/logo", produces = [MediaType.IMAGE_PNG]) fun getLogo(): ByteArray = applicationInfoService.getLogo() }
Micronaut 中对 Kotlin 的支持建立在kapt编译器插件的基础上(参考Micronaut Kotlin 指南了解更多详细信息)。
构建脚本配置如下:
plugins { ... kotlin("kapt") ... } dependencies { kapt("io.micronaut:micronaut-inject-java:$micronautVersion") ... kaptTest("io.micronaut:micronaut-inject-java:$micronautVersion") ... }
以下是配置文件的内容:
micronaut: application: name: micronaut-service server: port: 8083 consul: client: registration: enabled: true application-info: name: ${micronaut.application.name} framework: name: Micronaut release-year: 2018
JSON、properties和 Groovy 文件格式也可用于配置(参考Micronaut 配置指南查看更多详细信息)。
Quarkus服务
Quarkus是作为一种应对新部署环境和应用程序架构等挑战的工具而引入的,在框架上编写的应用程序将具有低内存消耗和更快的启动时间。此外,对开发人员也很友好,例如,开箱即用的实时重新加载。
Quarkus 应用程序目前没有 main 方法,但也许未来会出现(GitHub 上的问题)。
对于熟悉 Spring 或 Java EE 的人来说,Controller 看起来非常熟悉:
@Path("/application-info") @Produces(MediaType.APPLICATION_JSON) @Consumes(MediaType.APPLICATION_JSON) class ApplicationInfoResource( @Inject private val applicationInfoService: ApplicationInfoService ) { @GET fun get(@QueryParam("request-to") requestTo: String?): Response = Response.ok(applicationInfoService.get(requestTo)).build() @GET @Path("/logo") @Produces("image/png") fun logo(): Response = Response.ok(applicationInfoService.getLogo()).build() }
如你所见,bean 是通过@Inject注解注入的,对于注入的 bean,你可以指定一个范围,例如:
@ApplicationScoped class ApplicationInfoService( ... ) { ... }
为其他服务创建 REST 接口,就像使用 JAX-RS 和 MicroProfile 创建接口一样简单:
@ApplicationScoped @Path("/") interface ExternalServiceClient { @GET @Path("/application-info") @Produces("application/json") fun getApplicationInfo(): ApplicationInfo } @RegisterRestClient(baseUri = "http://helidon-service") interface HelidonServiceClient : ExternalServiceClient @RegisterRestClient(baseUri = "http://ktor-service") interface KtorServiceClient : ExternalServiceClient @RegisterRestClient(baseUri = "http://micronaut-service") interface MicronautServiceClient : ExternalServiceClient @RegisterRestClient(baseUri = "http://quarkus-service") interface QuarkusServiceClient : ExternalServiceClient @RegisterRestClient(baseUri = "http://spring-boot-service") interface SpringBootServiceClient : ExternalServiceClient
但是它现在缺乏对服务发现 ( Eureka和Consul ) 的内置支持,因为该框架主要针对云环境。因此,在 Helidon 和 Ktor 服务中, 我使用了Java类库方式的Consul 客户端。
首先,需要注册应用程序:
@ApplicationScoped class ConsulRegistrationBean( @Inject private val consulClient: ConsulClient ) { fun onStart(@Observes event: StartupEvent) { consulClient.register() } }
然后需要将服务的名称解析到其特定位置;
解析是通过从 Consul 客户端获得的服务的位置替换 requestContext的URI 来实现的:
@Provider @ApplicationScoped class ConsulFilter( @Inject private val consulClient: ConsulClient ) : ClientRequestFilter { override fun filter(requestContext: ClientRequestContext) { val serviceName = requestContext.uri.host val serviceInstance = consulClient.getServiceInstance(serviceName) val newUri: URI = URIBuilder(URI.create(requestContext.uri.toString())) .setHost(serviceInstance.address) .setPort(serviceInstance.port) .build() requestContext.uri = newUri } }
Quarkus也支持通过properties 或 YAML 文件进行配置(参考Quarkus 配置指南了解更多详细信息)。
Spring Boot服务
创建该框架是为了使用 Spring Framework 生态系统,同时有利于简化应用程序的开发。这是通过auto-configuration实现的。
以下是控制器代码:
@RestController @RequestMapping(path = ["application-info"], produces = [MediaType.APPLICATION_JSON_VALUE]) class ApplicationInfoController( private val applicationInfoService: ApplicationInfoService ) { @GetMapping fun get(@RequestParam("request-to") requestTo: String?): ApplicationInfo = applicationInfoService.get(requestTo) @GetMapping(path = ["/logo"], produces = [MediaType.IMAGE_PNG_VALUE]) fun getLogo(): ByteArray = applicationInfoService.getLogo() }
微服务由 YAML 文件配置:
spring: application: name: spring-boot-service server: port: 8085 application-info: name: ${spring.application.name} framework: name: Spring Boot release-year: 2014
也可以使用properties文件进行配置(更多信息参考Spring Boot 配置文档)。
启动微服务
在启动微服务之前,你需要安装Consul和 启动代理-例如,像这样:consul agent -dev。
你可以从以下位置启动微服务:
- IDE中启动微服务IntelliJ IDEA 的用户可能会看到如下内容:要启动 Quarkus 服务,你需要启动quarkusDev的Gradle 任务。
- console中启动微服务在项目的根文件夹中执行:
java -jar helidon-service/build/libs/helidon-service-all.jar
java -jar ktor-service/build/libs/ktor-service-all.jar
java -jar micronaut-service/build/libs/micronaut-service-all.jar
java -jar quarkus-service/build/quarkus-service-1.0.0-runner.jar
java -jar spring-boot-service/build/libs/spring-boot-service.jar
启动所有微服务后,访问http://localhost:8500/ui/dc1/services,你将看到:
API测试
以Helidon服务的API测试结果为例:
- GET http://localhost:8081/application-info
{ "name": "helidon-service", "framework": { "name": "Helidon SE", "releaseYear": 2019 }, "requestedService": null }
- GET http://localhost:8081/application-info?request-to=ktor-service
{ "name": "helidon-service", "framework": { "name": "Helidon SE", "releaseYear": 2019 }, "requestedService": { "name": "ktor-service", "framework": { "name": "Ktor", "releaseYear": 2018 }, "requestedService": null } }
- GET http://localhost:8081/application-info/logo返回logo信息
你可以使用Postman 、IntelliJ IDEA HTTP 客户端 、浏览器或其他工具测试微服务的 API接口 。
不同微服务框架对比
不同微服务框架的新版本发布后,下面的结果可能会有变化;你可以使用此GitHub项目自行检查最新的对比结果 。
程序大小
为了保证设置应用程序的简单性,构建脚本中没有排除传递依赖项,因此 Spring Boot 服务 uber-JAR 的大小大大超过了其他框架上的类似物的大小(因为使用 starters 不仅导入了必要的依赖项;如果需要,可以通过排除指定依赖来减小大小):
备注:什么是 maven的uber-jar
在maven的一些文档中我们会发现 “uber-jar”这个术语,许多人看到后感到困惑。其实在很多编程语言中会把super叫做uber (因为super可能是关键字), 这是上世纪80年代开始流行的,比如管superman叫uberman。所以uber-jar从字面上理解就是super-jar,这样的jar不但包含自己代码中的class ,也会包含一些第三方依赖的jar,也就是把自身的代码和其依赖的jar全打包在一个jar里面了,所以就很形象的称其为super-jar ,uber-jar来历就是这样的。
微服务 | 程序大小(MB) |
---|---|
Helidon服务 | 17,3 |
Ktor服务 | 22,4 |
Micronaut 服务 | 17,1 |
Quarkus服务 | 24,4 |
Spring Boot服务 | 45,2 |
启动时长
每个应用程序的启动时长都是不固定的:
微服务 | 开始时间(秒) |
---|---|
Helidon服务 | 2,0 |
Ktor服务 | 1,5 |
Micronaut 服务 | 2,8 |
Quarkus服务 | 1,9 |
Spring Boot服务 | 10,7 |
值得注意的是,如果你将 Spring Boot 中不必要的依赖排除,并注意设置应用的启动参数(例如,只扫描必要的包并使用 bean 的延迟初始化),那么你可以显著地减少启动时间。
内存使用情况
对于每个微服务,确定了以下内容:
- 通过-Xmx参数,指定微服务所需的堆内存大小
- 通过负载测试服务健康的请求(能够响应不同的请求)
- 通过负载测试50 个用户 * 1000 个的请求
- 通过负载测试500 个用户 * 1000 个的请求
堆内存只是为应用程序分配的总内存的一部分。例如,如果要测量总体内存使用情况,可以参考本指南。
- 负载生成器和被测试的服务在同一台机器上运行(Windows 10、3.2 GHz 四核处理器、24 GB RAM、SSD)。
- 服务的端口在 Scala 脚本中指定。
- 通过负载测试意味着微服务已经响应了所有时间的所有请求。
微服务 | 堆内存大小(MB) | 堆内存大小(MB) | 堆内存大小(MB) |
---|---|---|---|
对于健康服务 | 对于 50 * 1000 的负载 | 对于 500 * 1000 的负载 | |
Helidon服务 | 11 | 9 | 11 |
Ktor服务 | 13 | 11 | 15 |
Micronaut 服务 | 17 | 15 | 19 |
Quarkus服务 | 13 | 17 | 21 |
Spring Boot服务 | 18 | 19 | 23 |
需要注意的是,所有微服务都使用 Netty HTTP 服务器。
结论
通过上文,我们所需的功能——一个带有 HTTP API 的简单服务和在 MSA 中运行的能力——在所有考虑的框架中都取得了成功。
是时候开始盘点并考虑他们的利弊了。
Helidon标准版
优点
创建的应用程序,只需要一个注释(@JvmStatic)
缺点
开发所需的一些组件缺少开箱即用(例如,依赖注入和与服务发现服务器的交互)
Helidon MicroProfile
微服务还没有在这个框架上实现,所以这里简单说明一下。
优点
Eclipse MicroProfile 实现
本质上,MicroProfile 是针对 MSA 优化的 Java EE。因此,首先你可以访问各种 Java EE API,包括专门为 MSA 开发的 API,其次,你可以将 MicroProfile 的实现更改为任何其他实现(例如:Open Liberty、WildFly Swarm 等)
Ktor
优点
- 轻量级的允许你仅添加执行任务直接需要的那些功能
- 应用参数所有参数的良好结果
缺点
- 依赖于Kotlin,即用其他语言开发可能是不可能的或不值得的
- 微框架:参考Helidon SE
- 目前最流行的两种 Java 开发模型(Spring Boot/Micronaut)和 Java EE/MicroProfile)中没有包含该框架,这会导致:
- 难以寻找专家
- 由于需要显式配置所需的功能,因此与 Spring Boot 相比,执行任务的时间有所增加
Micronaut
优点
- AOT如前所述,与 Spring Boot 上的模拟相比,AOT 可以减少应用程序的启动时间和内存消耗
- 类Spring开发模式有 Spring 框架经验的程序员不会花太多时间来掌握这个框架
- Micronaut for Spring可以改变现有的Spring Boot应用程序的执行环境到Micronaut中(有限制)
Quarkus
优点
Spring Boot
优点
- 平台成熟度和生态系统对于大多数日常任务,Spring的编程范式已经有了解决方案,也是很多程序员习惯的方式。此外,starter和auto-configuration的概念简化了开发
- 专家多,文档详细
我想很多人都会同意 Spring 在不久的将来仍将是 Java/Kotlin开发领域领先的框架。
缺点
- 应用参数多且复杂但是,有些参数,如前所述,你可以自己优化。还有一个Spring Fu项目的存在,该项目正在积极开发中,使用它可以减少参数。
Helidon SE 和 Ktor 是 微框架,Spring Boot 和 Micronaut 是全栈框架,Quarkus 和 Helidon MP 是 MicroProfile 框架。微框架的功能有限,这会减慢开发速度。
我不敢判断这个或那个框架会不会在近期“大更新”,所以在我看来,目前最好继续观察,使用熟悉的框架解决工作问题。
同时,如本文所示,新框架在应用程序参数设置方面赢得了 Spring Boot。如果这些参数中的任何一个对你的某个微服务至关重要,那么也许值得关注。但是,我们不要忘记,Spring Boot 一是在不断改进,二是它拥有庞大的生态系统,并且有相当多的 Java 程序员熟悉它。此外,还有未涉及的其他框架:Vert.x、Javalin 等,也值得关注。
参考链接: https://dzone.com/articles/not-only-spring-boot-a-review-of-alternatives
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