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支持JDK19虛擬執行緒的web框架，之二：完整開發一個支持虛擬執行緒的quarkus應用

2022-11-02 06:42:44 後端開發

歡迎訪問我的GitHub

這里分類和匯總了欣宸的全部原創(含配套原始碼)：https://github.com/zq2599/blog_demos

本篇概覽

  • 本篇是《支持JDK19虛擬執行緒的web框架》系列的第二篇，前文咱們體驗了有虛擬執行緒支持的web服務，經過測驗，發現性能上它與其他兩種常見web架構并無明顯區別，既然如此，還有必要研究和學習嗎？
  • 當然有必要，而且還要通過實戰更深入了解虛擬執行緒與常規執行緒的區別，在各大框架和庫廣泛支持虛擬執行緒之前，打好理論和實踐基礎，這才是本系列的目標
  • 為了接下來的深入了解，咱們先在本篇打好基礎：詳細說明前文的web功能是如何開發出來的
  • 為了突出重點，這里先提前劇透，從編碼的角度說清楚如何開啟虛擬執行緒支持，其實非常簡單，如下圖，左側是quarkus框架下的一個普通web服務，每收到一個web請求，是由執行緒池中的執行緒負責回應的，右側的web服務多了個@RunOnVirtualThread注解，就變成了由新建的虛擬執行緒去處理web請求，沒錯，在quarkus框架下使用虛擬執行緒就是這么簡單

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  • 在前文中，我們通過回傳值也看到了上述兩個web服務中，負責web回應的執行緒的不同，如下所示，從執行緒名稱上很容易看出執行緒池和虛擬執行緒的區別

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  • 看到這里，您可能會說：就這？一個注解就搞定的事情，你還要寫一篇文章？這不是在浪費作者你自己和各位讀者的時間嗎？

  • 確實，開啟虛擬執行緒，編碼只要一行，然而就目前而言，虛擬執行緒是JDK19專屬，而且還只是預覽功能，要想在實際運行的時候真正開啟并不容易，需要從JDK、maven、IDE等方方面面都要做相關設定，而且如果要做成前文那樣的docker鏡像，一行docker run命令就能開啟虛擬執行緒，還要在Dockerfile上做點事情（quarkus提供的基礎鏡像中沒有JDK19版本，另外啟動命令也要調整）

  • 上述這些都是本文的重點，欣宸已經將這些梳理清楚了，接下來咱們一起實戰吧，讓前文體驗過的web從無到有，再到順利運行，達到預期

  • 整個開發程序如下圖所示，一共十步，接下來開始動手

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開發環境

  • 開發電腦：MacBook Pro M1，macOS Monterey 12.6
  • IDE：IntelliJ IDEA 2022.3 EAP (Ultimate Edition) （即未發布前的早期預覽版）
  • 另外，M1芯片的電腦上開發和運行JDK19應用，與普通的X86相比感受不到任何變化，只有一點要注意：上傳docker鏡像到hub.docker.com時，鏡像的系統架構是ARM的，這樣的鏡像在X86電腦上下載下來后不能運行

下載JDK19

  • 下載jdk19，由于電腦是M1芯片，我選擇的jdk是azul版本，地址是：https://www.azul.com/downloads/?package=jdk#download-openjdk
  • 使用azul的jdk和之前的oracle版本并無區別，至少在開發環境感受不到，來看下azul官方的說法
image-20221015082121173
  • 實際上，azul的jdk很全面，x86芯片的各平臺版本安裝包都提供了，您可以根據自己電腦環境選擇下載，下面是我選擇的適合M1芯片的版本
image-20221015082450750
  • 下載完成后雙擊安裝即可

修改maven的配置

  • 我這里使用的是本地maven，其對應的JDK也要改成19，修改方法是調整環境變數JAVA_HOME，令其指向JDK19目錄（在我的電腦上，環境變數是在~/.zshrc里面）

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  • 修改后令環境變數生效，然后執行一下命令確認已經使用了JDK19
?  ~ mvn -version
Apache Maven 3.8.5 (3599d3414f046de2324203b78ddcf9b5e4388aa0)
Maven home: /Users/zhaoqin/software/apache-maven-3.8.5
Java version: 19, vendor: Azul Systems, Inc., runtime: /Library/Java/JavaVirtualMachines/zulu-19.jdk/Contents/Home
Default locale: zh_CN_#Hans, platform encoding: UTF-8
OS name: "mac os x", version: "12.6", arch: "aarch64", family: "mac"

創建Quarkus專案

  • 打開IDEA，新建專案，選擇Quarkus專案
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  • 接下來選擇要用到的擴展包（其實就是在圖形化頁面添加jar依賴），這里的選擇如下圖：Reactive PostgreSQL client和RESTEasy Reactive Jackson
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  • 點擊上圖右下角的Create按鈕后專案開始創建，稍作等待，專案創建完成，如下圖，此刻只能感慨：quarkus太貼心，不但有demo原始碼，還有各種版本的Dockerfile檔案，而且git相關的配置也有，甚至README.md都寫得那么詳細，我是不是可以點擊運行按鈕直接把程式run起來了
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IDEA設定

  • 由于要用到JDK19，下面幾項設定需要檢查并確認
  • 首先是Project設定，如下圖

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  • 其次是Modules設定，先配置Sources這個tab頁

image-20221015112738859

  • 接下來是Dependencies這個tab頁
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  • 進入IDEA系統設定選單
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  • 如下圖，三個位置需要設定
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  • 設定完成了，接下來開始編碼

編碼

  • 首先確認pom.xml，這是IDEA幫我們創建的，內容如下，有兩處改動稍后會說到
<?xml version="1.0"?>
<project xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 https://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd"
         xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"
         xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance">
    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>
    <groupId>com.bolingcavalry</groupId>
    <artifactId>quarkus-virual-threads-demo</artifactId>
    <version>1.0-SNAPSHOT</version>
    <properties>
        <compiler-plugin.version>3.8.1</compiler-plugin.version>
        <maven.compiler.release>19</maven.compiler.release>
        <maven.compiler.source>19</maven.compiler.source>
        <maven.compiler.target>19</maven.compiler.target>
        <project.build.sourceEncoding>UTF-8</project.build.sourceEncoding>
        <project.reporting.outputEncoding>UTF-8</project.reporting.outputEncoding>
        <quarkus.platform.artifact-id>quarkus-bom</quarkus.platform.artifact-id>
        <quarkus.platform.group-id>io.quarkus.platform</quarkus.platform.group-id>
        <quarkus.platform.version>2.13.2.Final</quarkus.platform.version>
        <skipITs>true</skipITs>
        <surefire-plugin.version>3.0.0-M7</surefire-plugin.version>
    </properties>
    <dependencyManagement>
        <dependencies>
            <dependency>
                <groupId>${quarkus.platform.group-id}</groupId>
                <artifactId>${quarkus.platform.artifact-id}</artifactId>
                <version>${quarkus.platform.version}</version>
                <type>pom</type>
                <scope>import</scope>
            </dependency>
        </dependencies>
    </dependencyManagement>
    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>io.quarkus</groupId>
            <artifactId>quarkus-resteasy-reactive-jackson</artifactId>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>io.quarkus</groupId>
            <artifactId>quarkus-reactive-pg-client</artifactId>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>io.quarkus</groupId>
            <artifactId>quarkus-arc</artifactId>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>io.quarkus</groupId>
            <artifactId>quarkus-resteasy-reactive</artifactId>
        </dependency>

        <!-- 生成測驗資料 -->
        <dependency>
            <groupId>net.datafaker</groupId>
            <artifactId>datafaker</artifactId>
            <version>1.6.0</version>
        </dependency>

        <dependency>
            <groupId>io.quarkus</groupId>
            <artifactId>quarkus-junit5</artifactId>
            <scope>test</scope>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>io.rest-assured</groupId>
            <artifactId>rest-assured</artifactId>
            <scope>test</scope>
        </dependency>
    </dependencies>
    <build>
        <plugins>
            <plugin>
                <groupId>${quarkus.platform.group-id}</groupId>
                <artifactId>quarkus-maven-plugin</artifactId>
                <version>${quarkus.platform.version}</version>
                <extensions>true</extensions>
                <executions>
                    <execution>
                        <goals>
                            <goal>build</goal>
                            <goal>generate-code</goal>
                            <goal>generate-code-tests</goal>
                        </goals>
                    </execution>
                </executions>
                <!-- 這里是新增的虛擬執行緒相關特性，start -->
                <configuration>
                    <source>19</source>
                    <target>19</target>
                    <compilerArgs>
                        <arg>--enable-preview</arg>
                    </compilerArgs>
                    <jvmArgs>--enable-preview --add-opens java.base/java.lang=ALL-UNNAMED</jvmArgs>
                </configuration>
                <!-- 這里是新增的虛擬執行緒相關特性，end -->
            </plugin>
            <plugin>
                <artifactId>maven-compiler-plugin</artifactId>
                <version>${compiler-plugin.version}</version>
                <configuration>
                    <compilerArgs>
                        <arg>-parameters</arg>
                    </compilerArgs>
                </configuration>
            </plugin>
            <plugin>
                <artifactId>maven-surefire-plugin</artifactId>
                <version>${surefire-plugin.version}</version>
                <configuration>
                    <systemPropertyVariables>
                        <java.util.logging.manager>org.jboss.logmanager.LogManager</java.util.logging.manager>
                        <maven.home>${maven.home}</maven.home>
                    </systemPropertyVariables>
                </configuration>
            </plugin>
            <plugin>
                <artifactId>maven-failsafe-plugin</artifactId>
                <version>${surefire-plugin.version}</version>
                <executions>
                    <execution>
                        <goals>
                            <goal>integration-test</goal>
                            <goal>verify</goal>
                        </goals>
                        <configuration>
                            <systemPropertyVariables>
                                <native.image.path>${project.build.directory}/${project.build.finalName}-runner
                                </native.image.path>
                                <java.util.logging.manager>org.jboss.logmanager.LogManager</java.util.logging.manager>
                                <maven.home>${maven.home}</maven.home>
                            </systemPropertyVariables>
                        </configuration>
                    </execution>
                </executions>
            </plugin>
        </plugins>
    </build>
    <profiles>
        <profile>
            <id>native</id>
            <activation>
                <property>
                    <name>native</name>
                </property>
            </activation>
            <properties>
                <skipITs>false</skipITs>
                <quarkus.package.type>native</quarkus.package.type>
            </properties>
        </profile>
    </profiles>
</project>
  • pom.xml的第一處改動如下圖，要確保全部是19
image-20221020082700997
  • 第二處改動，是在quarkus-maven-plugin插件中增加額外的配置引數，如下圖紅框
image-20221020082849667
  • 接下來新增組態檔application.properties，在resources目錄下
quarkus.datasource.db-kind=postgresql
quarkus.datasource.jdbc.max-size=8
quarkus.datasource.jdbc.min-size=2

quarkus.datasource.username=quarkus
quarkus.datasource.password=123456
quarkus.datasource.reactive.url=postgresql://192.168.0.1:5432/quarkus_test
  • 開始寫java代碼了，首先是啟動類VirtualThreadsDemoApp.java
package com.bolingcavalry;

import io.quarkus.runtime.Quarkus;
import io.quarkus.runtime.annotations.QuarkusMain;

@QuarkusMain
public class VirtualThreadsDemoApp {

    public static void main(String... args) {
        Quarkus.run(args);
    }
}
  • 資料庫對應的model類有兩個，第一個是gender欄位的列舉
package com.bolingcavalry.model;

public enum Gender {
    MALE, FEMALE;
}
  • 表對應的物體類
package com.bolingcavalry.model;

import io.vertx.mutiny.sqlclient.Row;

public class Person {
    private Long id;
    private String name;
    private int age;
    private Gender gender;
    private Integer externalId;

    public String getThreadInfo() {
        return threadInfo;
    }

    public void setThreadInfo(String threadInfo) {
        this.threadInfo = threadInfo;
    }

    private String threadInfo;

    public Person() {
    }

    public Person(Long id, String name, int age, Gender gender, Integer externalId) {
        this.id = id;
        this.name = name;
        this.age = age;
        this.gender = gender;
        this.externalId = externalId;
        this.threadInfo = Thread.currentThread().toString();
    }

    public Long getId() {
        return id;
    }

    public void setId(Long id) {
        this.id = id;
    }

    public String getName() {
        return name;
    }

    public void setName(String name) {
        this.name = name;
    }

    public int getAge() {
        return age;
    }

    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }

    public Gender getGender() {
        return gender;
    }

    public void setGender(Gender gender) {
        this.gender = gender;
    }

    public Integer getExternalId() {
        return externalId;
    }

    public void setExternalId(Integer externalId) {
        this.externalId = externalId;
    }

    public static Person from(Row row) {
        return new Person(
                row.getLong("id"),
                row.getString("name"),
                row.getInteger("age"),
                Gender.valueOf(row.getString("gender")),
                row.getInteger("external_id"));
    }
}
  • 接下來是操作資料庫的dao類，可見使用操作方式還是很原始的，還要在代碼中手寫SQL，取出也要逐個欄位匹配，其實quarkus也支持JPA，只不過本篇使用的是回應式資料庫驅動，所以選用的是Vert.x生成的連接池PgPool
package com.bolingcavalry.repository;

import com.bolingcavalry.model.Person;
import io.vertx.mutiny.pgclient.PgPool;
import io.vertx.mutiny.sqlclient.Row;
import io.vertx.mutiny.sqlclient.RowSet;
import io.vertx.mutiny.sqlclient.Tuple;

import javax.enterprise.context.ApplicationScoped;
import javax.inject.Inject;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

@ApplicationScoped
public class PersonRepositoryAsyncAwait {

    @Inject
    PgPool pgPool;

    public Person findById(Long id) {
        RowSet<Row> rowSet = pgPool
           .preparedQuery("SELECT id, name, age, gender, external_id FROM person WHERE id = $1")
           .executeAndAwait(Tuple.of(id));
        List<Person> persons = iterateAndCreate(rowSet);
        return persons.size() == 0 ? null : persons.get(0);
    }

    private List<Person> iterateAndCreate(RowSet<Row> rowSet) {
        List<Person> persons = new ArrayList<>();
        for (Row row : rowSet) {
            persons.add(Person.from(row));
        }
        return persons;
    }
}
  • 接下來就是前面截圖看到的web服務類VTPersonResource.java，它被注解@RunOnVirtualThread修飾，表示收到web請求在虛擬執行緒中執行回應代碼
package com.bolingcavalry.resource;

import com.bolingcavalry.model.Person;
import com.bolingcavalry.repository.PersonRepositoryAsyncAwait;
import io.smallrye.common.annotation.RunOnVirtualThread;

import javax.inject.Inject;
import javax.ws.rs.GET;
import javax.ws.rs.Path;
import javax.ws.rs.PathParam;

@Path("/vt/persons")
@RunOnVirtualThread
public class VTPersonResource {

    @Inject
    PersonRepositoryAsyncAwait personRepository;

    @GET
    @Path("/{id}")
    public Person getPersonById(@PathParam("id") Long id) {
        return personRepository.findById(id);
    }
}
  • 最后是用于對比的常規web服務類PoolPersonResource.java，這個就是中規中矩的在執行緒池中取一個執行緒來執行回應代碼
package com.bolingcavalry.resource;

import com.bolingcavalry.model.Person;
import com.bolingcavalry.repository.PersonRepositoryAsyncAwait;
import io.smallrye.common.annotation.RunOnVirtualThread;

import javax.inject.Inject;
import javax.ws.rs.GET;
import javax.ws.rs.Path;
import javax.ws.rs.PathParam;

@Path("/pool/persons")
public class PoolPersonResource {

    @Inject
    PersonRepositoryAsyncAwait personRepository;

    @GET
    @Path("/{id}")
    public Person getPersonById(@PathParam("id") Long id) {
        return personRepository.findById(id);
    }
}
  • 至此，編碼完成

IDEA啟動設定

  • 編碼完成后，在IDEA上啟動應用做本地除錯是咱們的基本操作，所以IDEA運行環境也要設定成支持JDK19的預覽特性
  • 打開入口類，點擊main方法前面的綠色箭頭，在彈出的選單上選擇Modify Run Configuration
image-20221015115712663
  • 在運行應用的設定頁面，如下操作

image-20221015115542673

  • 選中Add VM options
image-20221015115859652
  • 填入下圖箭頭所指的內容
image-20221015120024775
  • 終于，設定完成，接下來要啟動應用了

啟動和驗證

  • 啟動應用之前，請確認postgresql資料庫已啟動，并且資料已經匯入，具體啟動和匯入方法請參考前文
  • 點擊下圖紅色箭頭中指向的按鈕，即可在IDEA中運行應用
image-20221021081112061
  • 瀏覽器訪問地址：http://localhost:8080/vt/persons/1 ，如下圖，符合預期
image-20221021082603972
  • 在前文中，咱們是在docker上運行應用的，另外在實際場景中應用運行在docker或者k8s環境也是普遍情況，所以接下來一起實戰將用做成docker鏡像并驗證

構建鏡像

  • 在創建工程的時候，IDEA就用quarkus模板自動創建了多個Dockerfile檔案，下圖紅框中全是
image-20221021083348600
  • 如果當前應用的JDK不是19，而是11或者17，那么上圖紅框中的Dockerfile檔案就能直接使用了，然而，由于今天咱們應用的JDK必須是19，就無法使用這些Dockerfile了，必須自己寫一個，原因很簡單，打開Dockerfile.jvm，如下圖紅色箭頭所示，基礎鏡像是jdk17，而這個倉庫中并沒有JDK19，也就是說quarkus還沒有發布JDK19版本的基礎鏡像，咱們要自己找一個，另外，容器啟動命令也要調整，需要加入--enable-preview才能開啟JVM的虛擬執行緒
image-20221021083635218
  • 自己寫的Dockerile檔案名為Dockerfile.19，內容如下，可見非常簡單：先換基礎鏡像，再把mvn構建結果復制過去，最后加個啟動命令就完事兒了（遠不如官方的分層構建節省空間，然而在官方的JDK19鏡像方案出來之前，先用下面這個將就著用吧）
FROM openjdk:19

ENV LANGUAGE='en_US:en'

# 執行作業目錄
WORKDIR application

COPY --chown=185 target/*.jar ./

RUN mkdir config

EXPOSE 8080
USER 185
ENTRYPOINT ["java", "-jar", "--enable-preview", "quarkus-virual-threads-demo-1.0-SNAPSHOT-runner.jar"]

  • 接下來可以制作鏡像了，請確保自己電腦上docker已在運行

  • 首先是常規maven編譯打包（uber-jar表示生成的jar中包含了所有依賴庫）

mvn clean package -U -DskipTests -Dquarkus.package.type=uber-jar
  • 構建docker鏡像
docker build -f src/main/docker/Dockerfile.19 -t bolingcavalry/quarkus-virual-threads-demo:0.0.2 .
  • 鏡像制作成功，控制臺輸出如下圖
image-20221022072718957
  • 如果您有hub.docker.com的賬號，也可以像我一樣推送到公共倉庫，方便大家使用

例外測驗（沒有enable-preview引數會怎么樣？）

  • 回顧Dockerfile中啟動應用的命令，由于虛擬執行緒是JDK19的預覽功能，因此必須添加下圖紅色箭頭所指的--enable-preview引數才能讓虛擬執行緒功能生效
image-20221022073455393
  • 于是我就在想：不加這個引數會咋樣？也就是不開啟虛擬執行緒，但是代碼中卻要用它，那么真正運行的時候會如何呢？
  • 瞎猜是沒用的，還是試試吧，在啟動引數中洗掉--enable-preview，如下圖，再重新構建鏡像
image-20221022074847459
  • 像前文那樣運行容器（再次提醒，確保資料庫是正常的），再在瀏覽器訪問http://localhost:8080/vt/persons/1，頁面正常顯示了，看來功能是不受影響的
image-20221022082633379
  • 再用docker logs命令查看后臺日志，如下圖箭頭所示，quarkus給出了WARN級別的提示：由于當前虛擬機不支持虛擬執行緒，改為使用默認的阻塞來執行業務邏輯
image-20221022075007690
  • 小結：在不支持虛擬執行緒的環境強行使用虛擬執行緒，quarkus會選擇兼容的方式繼續完成任務

小結和展望

  • 至此，一個完整的quarkus應用已開發完成，該應用使用虛擬執行緒來回應web請求，而且在quarkus官方還沒有提供方案的前提下，咱們依舊完成了docker鏡像的制作，最后，因為好奇，還關閉重要引數嘗試了一下，一系列操作下來，相信您已經對基礎開發了如指掌了

  • 最后，還剩下兩個遺留問題，相信您也會有類似困惑

    1. 虛擬執行緒和常規子執行緒的區別，究竟能不能看出來？前文已經驗證了性能上區別不大，那還有別的方式來觀察和區分嗎？
    2. 能不能稍微深入一點，僅憑一個@RunOnVirtualThread注解就強行寫了兩篇博客，實在是太忽悠人了

  • 以上問題會在接下來的《支持JDK19虛擬執行緒的web框架，終篇》得到解決，還是那句熟悉的廣告詞：欣宸原創，不辜負您的期待

歡迎關注博客園：程式員欣宸

學習路上，你不孤單，欣宸原創一路相伴...

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