Java：如何创建轻量级数据库微服务

基于云的Java数据库应用程序的数量每分钟都在增加。许多组织部署了数百甚至数千个微服务实例。但是，相对于运行时环境，大多数应用程序会带来惊人数量的不必要开销。反过来，这会使应用程序运行更慢，运行成本更高。

在本文中，我将演示如何编写比normal（*）小10倍的数据库应用程序。考虑到应用程序，第三方库和Java运行时，存储要求约为32 MB，而不是通常的（*）〜300 MB。另外，运行该应用程序所需的RAM也将减少25％。

（*）这些是以下完整JDK（不包括应用程序和第三方库）的存储要求：

jdk.8.0_191        360 MB
jdk-9.0.4          504 MB
adoptopenjdk-11    298 MB

使用支持微服务的ORM

大多数传统的ORM不支持Java模块封装。通常，这需要交付大量不必要的代码。

在本文中，我将使用基于流的开源Java ORM Speedment ，它的最新版本支持Java平台模块系统（JPMS）。这使我们能够仅使用我们的应用程序显式使用的模块来生成优化的自定义Java运行时环境（JRE，来自JDK的部分，用于运行应用程序）。

阅读关于Speedment 3.2中的新功能，这篇文章。

应用程序

我们希望在本文中部署的整个应用程序位于
GitHub上的开源项目，位于子目录“ microservice-jlink ”下。它连接到托管在云中的MySQL“ Sakila”数据库（包含有关电影的数据）的公共实例，并在控制台上列出了十个最长的被评为“ PG-13”的电影。数据模型已预先配置为适合此数据库的数据结构。如果要使用另一个数据库创建自己的应用程序，请访问Speedment初始化程序以专门为该数据库配置项目。

该应用程序的main方法如下所示：

public final class Main {public static void main(String[] args) {final Speedment app = new SakilaApplicationBuilder().withPassword("sakila").build();final FilmManager films = app.getOrThrow(FilmManager.class);System.out.println("These are the ten longest films rated as PG-13:");films.stream()                          // 1.filter(Film.RATING.equal("PG-13")) // 2.sorted(Film.LENGTH.reversed())     // 3.limit(10)                          // 4.map(film -> String.format(         // 5"%-18s %d min",film.getTitle(),film.getLength().orElse(0))).forEach(System.out::println);      // 6}
}

首先，我们将数据库密码传递给Speedment构建器（Speedment从不在内部存储密码）。使用配置文件中的数据库IP地址，端口等对构建器进行了预配置。

然后，我们获得FilmManager ，该FilmManager器随后可用于创建与数据库中的“ film”表直接对应的Java流。

最后，我们：

创建Film实体Stream
筛选出评级等于“ PG-13”的Film实体
以相反的长度顺序对剩余的影片进行排序（最长的优先）
将流限制为前10部电影
将每个电影实体映射到具有电影标题和电影长度的String
将每个String打印到控制台

该应用程序本身非常易于理解。还应注意，Speedment会在引擎盖下将Java Stream呈现给SQL，如下所示：

SELECT `film_id`,`title`,`description`,`release_year`,`language_id`,`original_language_id`,`rental_duration`,`rental_rate`,`length`,`replacement_cost`,`rating`,`special_features`,`last_update`
FROM `sakila`.`film` 
WHERE (`rating` = ? COLLATE utf8_bin) 
ORDER BY `length`IS NOT NULL, `length` DESC LIMIT ?,
values:[PG-13, 10]

这意味着仅从数据库中提取了所需的电影实体。

直接在IDE下运行时，将产生以下输出：

These are the ten longest films rated as PG-13:
GANGS PRIDE        185 min
CHICAGO NORTH      185 min
POND SEATTLE       185 min
THEORY MERMAID     184 min
CONSPIRACY SPIRIT  184 min
FRONTIER CABIN     183 min
REDS POCUS         182 min
HOTEL HAPPINESS    181 min
JACKET FRISCO      181 min
MIXED DOORS        180 min

这看起来很完美。

模块化项目

要使用模块，我们需要在Java 9或更高版本下运行，并且我们的项目中必须有一个module-info.java文件：

module microservice.jlink {requires com.speedment.runtime.application;requires com.speedment.runtime.connector.mysql; // (*)
}

com.speedment.runtime.application模块是任何Speedment应用程序始终需要的基本模块。

（*）根据数据库类型，您必须将MySQL模块替换为数据库的相应模块。在此处阅读有关各种数据库连接器模块的所有信息。

建设项目

如前所述，完整项目可在GitHub上找到。这是您如何获得的：

git clone https://github.com/speedment/user-guide-code-samples.git

将目录更改为相关的子项目：

cd user-guide-code-samples
cd microservice-jlink

生成项目（由于模块系统，您必须使用Java 9或更高版本）：

mvn clean install

自定义JRE构建脚本

该项目还包含一个名为build_jre.sh的自定义JRE构建脚本， build_jre.sh包含以下命令：

#!/bin/bash
SPEEDMENT_VERSION=3.2.1
JDBC_VERSION=8.0.18
OUTPUT=customjre
echo "Building $OUTPUT..."
MODULEPATH=$(find ~/.m2/repository/com/speedment/runtime -name "*.jar" \| grep $SPEEDMENT_VERSION.jar | xargs echo | tr ' ' ':')
MODULEPATH=$MODULEPATH:$(find ~/.m2/repository/com/speedment/common -name "*.jar" \| grep $SPEEDMENT_VERSION.jar | xargs echo | tr ' ' ':')
MODULEPATH=$MODULEPATH:$(find . -name "*.jar" | xargs echo | tr ' ' ':')$JAVA_HOME/bin/jlink \
--no-header-files \
--no-man-pages \
--compress=2 \
--strip-debug \
--module-path "$JAVA_HOME\jmods:$MODULEPATH" \
--add-modules microservice.jlink,java.management,java.naming,java.rmi,java.transaction.xa \
--output $OUTPUT

该脚本是这样工作的：

在设置了各种参数之后，该脚本通过添加speedment/runtime和speedment/common目录的jar来构建模块路径。即使我们添加了所有这些模块，模块系统也会在以后找出实际使用的模块，并丢弃其他模块。 MODULEPATH的最后一行将添加应用程序本身的JAR文件。

设置完所有参数后，我们将调用jlink命令，该命令将构建自定义JRE。我使用了许多（可选）标志来减小目标JRE的大小。因为JDBC驱动程序不支持JPMS，所以我在--add-modules参数下手动添加了驱动程序所需的一些模块。

构建超紧凑型JRE

有了上面的脚本，我们可以使用一个命令为我们的云数据库应用程序创建超紧凑的自定义JRE：

./build_jre.sh

在我较旧的MacBook Pro上，构建仅需大约5秒钟。我们可以使用以下命令查看JRE / app的总大小：

du -sh customjre/

这将产生以下输出：

32M customjre/

惊人的结果！我们有一个功能齐全的JVM，其中包含垃圾回收，JIT编译器，所有库（JDBC驱动程序除外）以及应用程序本身仅包装在32 MB的存储中！

我们可以将它与JDK本身的未缩减大小进行比较，后者通常被用作云实例的基准。

du -sh $JAVA_HOME

这将在笔记本电脑上产生以下输出：

298M /Library/Java/JavaVirtualMachines/adoptopenjdk-11.jdk/Contents/Home/

而且该数字甚至不包括应用程序或任何第三方库。因此，我们将存储需求降低了大约10倍！

实际使用的模块

要查看完成还原过程的模块，我们可以发出以下命令：

cat customjre/release

这将在我的机器上产生以下输出（为了清晰起见，经过重新格式化和排序）：

JAVA_VERSION="11.0.5"
MODULES="
com.speedment.common.annotation
com.speedment.common.function
com.speedment.common.injector
com.speedment.common.invariant
com.speedment.common.json
com.speedment.common.jvm_version
com.speedment.common.logger
com.speedment.common.mapstream
com.speedment.common.tuple
com.speedment.runtime.application
com.speedment.runtime.compute
com.speedment.runtime.config
com.speedment.runtime.connector.mysql
com.speedment.runtime.core
com.speedment.runtime.field
com.speedment.runtime.typemapper
com.speedment.runtime.welcome
java.base
java.logging
java.management
java.naming
java.prefs
java.rmi
java.security.sasl
java.sql
java.transaction.xa
java.xml
microservice.jlink
"

因此，自定义运行时未包括所有未使用的Java模块（例如javax.crypto ）。

运行应用程序

可以使用自定义JRE运行应用程序，如下所示：

customjre/bin/java --class-path ~/.m2/repository/mysql/mysql-connector-java/8.0.18/mysql-connector-java-8.0.18.jar -m microservice.jlink/com.speedment.example.microservices.jlink.Main

首次构建项目时（即mvn clean install ），Maven自动将文件mysql-connector-java-8.0.18.jar下载到其本地存储库。由于MySQL JDBC驱动程序尚未与Java平台模块系统兼容，因此我们不得不手动将其粘上。

运行时，程序会产生与上面相同的输出，但运行时会小10倍：

These are the ten longest films rated as PG-13:
GANGS PRIDE        185 min
CHICAGO NORTH      185 min
POND SEATTLE       185 min
THEORY MERMAID     184 min
CONSPIRACY SPIRIT  184 min
FRONTIER CABIN     183 min
REDS POCUS         182 min
HOTEL HAPPINESS    181 min
JACKET FRISCO      181 min
MIXED DOORS        180 min

内存使用情况

一个可能更重要的问题是云应用程序总共使用了多少应用程序内存（RSS）。快速浏览一下，发现堆内存使用量也减少了：

标准JDK

Pers-MBP:speedment pemi$  jmap -histo 38715num     #instances         #bytes  class name (module)
-------------------------------------------------------1:         25836        3036560  [B (java.base@11.0.5)2:          2055        1639408  [I (java.base@11.0.5)3:          4234         511568  java.lang.Class (java.base@11.0.5)4:         21233         509592  java.lang.String (java.base@11.0.5)5:           196         270552  [C (java.base@11.0.5)6:          4181         245400  [Ljava.lang.Object; (java.base@11.0.5)7:          4801         153632  java.util.concurrent.ConcurrentHashMap$Node (java.base@11.0.5)8:          3395         135800  java.util.LinkedHashMap$Entry (java.base@11.0.5)
…
1804:             1             16  sun.util.resources.cldr.provider.CLDRLocaleDataMetaInfo (jdk.localedata@11.0.5)
Total        137524        7800144

自定义JRE

Pers-MBP:speedment pemi$  jmap -histo 38783 | headnum     #instances         #bytes  class name (module)
-------------------------------------------------------1:         22323        1714608  [B (java.base@11.0.5)2:          4229         511000  java.lang.Class (java.base@11.0.5)3:         19447         466728  java.lang.String (java.base@11.0.5)4:          1776         424408  [I (java.base@11.0.5)5:            69         264656  [C (java.base@11.0.5)6:          4044         240128  [Ljava.lang.Object; (java.base@11.0.5)7:          4665         149280  java.util.concurrent.ConcurrentHashMap$Node (java.base@11.0.5)8:          3395         135800  java.util.LinkedHashMap$Entry (java.base@11.0.5)
…
1726:             1             16  sun.util.resources.LocaleData$LocaleDataStrategy (java.base@11.0.5)
Total        102904        5727960