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使用 Quarkus/GraalVM 将 JGroups 编译成可执行文件

2019-07-04 709

本文翻译自：http://belaban.blogspot.com/2019/07/compiling-jgroups-to-native-code-with.html

我很高兴的宣布 Quarkus 官方发布 JGroups 的扩展!

What?

Quarkus 是一个将 Java 代码编译为本机代码（使用GraalVM）并删除运行时不需要的代码的框架。

Quarkus 在构建阶段分析代码，并删除在运行时未使用的代码，以便拥有一个可以快速启动的小型可执行文件。不过这意味着无法在运行时使用反射，因为在构建时删除了所有未使用的类。 但是，可以在构建时使用反射。

影响 JGroups 的其他限制是线程和套接字的创建。 两者都无法在构建时完成，但必须在运行时完成。 

那么为Quarkus提供JGroups扩展的重点是什么呢？

虽然JGroups应用程序可以直接编译为本机代码（使用GraalVM的本机映像），但它很麻烦，并且必须重新构建应用程序以适应本机编译的限制。

相反，JGroups 扩展提供了一个可以注入应用程序的JChannel。 已根据配置文件创建通道，并通过扩展连接（=加入群集）。 扩展负责在正确的时间（构建或运行时）执行反射，套接字创建和线程启动，用户无需担心这一点。

How?

接下来让我们看一个具体的例子。

POM 引入扩展 groupId=org.jgroups.quarkus.extension 和 artifactId=quarkus-jgroups. 这样就可以提供一个可注入的 JChannel。

主类是 ChatResource，代码如下:

@ApplicationScoped 
@Path("/chat")
public class ChatResource extends ReceiverAdapter implements Publisher<String> {
    protected final Set<Subscriber<? super String>> subscribers=new HashSet<>();

    @Inject JChannel channel;

    protected void init(@Observes StartupEvent evt) throws Exception {
        channel.setReceiver(this);
        System.out.printf("-- view: %s\n", channel.getView());
    }

    protected void destroy(@Observes ShutdownEvent evt) {
        Util.close(channel);
        subscribers.forEach(Subscriber::onComplete);
        subscribers.clear();
    }

    @GET
    @Produces(MediaType.TEXT_PLAIN)
    @Path("/send/{msg}")
    public String sendMessage(@PathParam("msg") String msg) throws Exception {
        channel.send(null, Objects.requireNonNull(msg).getBytes());
        return String.format("message \"%s\" was sent on channel \n", msg);
    }

    @GET
    @Produces(MediaType.SERVER_SENT_EVENTS)
    @Path("/subscribe")
    public Publisher<String> greeting() {
        return this;
    }

    public void receive(Message msg) {
        onNext(msg);
    }

    public void receive(MessageBatch batch) {
        for(Message msg: batch)
            onNext(msg);
    }

    public void viewAccepted(View view) {
        System.out.printf("-- new view: %s\n", view);
    }

    public void subscribe(Subscriber<? super String> s) {
        if(s != null)
            subscribers.add(s);
    }

    protected void onNext(Message msg) {
        String s=new String(msg.getRawBuffer(), msg.getOffset(), msg.getLength());
        System.out.printf("-- from %s: %s\n", msg.src(), s);
        subscribers.forEach(sub -> sub.onNext(s));
    }
}

它有一个由Arc注入的JChannel通道（Quarkus中使用的依赖机制）。 该通道在注入时已经完全创建并连接。

receive(Message) 和 receive(MessageBatch) 方法接收由其自身或集群中的其他成员发送的消息。 它反过来通过Publisher接口发布它们。 因此，所有订户都将收到群集中发送的所有消息。

当收到格式为http://localhost:8080/chat/send/mymessage 的 URL 时，将调用 sendMessage() 方法。 它接受字符串参数（“mymessage”）并使用注入的通道将其发送给集群的所有成员。

URL http://localhost:8080/chat/subscribe (或者在浏览器中的 http://localhost:8080/streaming.html) 可用来订阅消息。

演示

接下来我们运行两个实例的集群，打开两个命令行窗口，并输入如下的命令：

Shell1:
[belasmac] /Users/bela/quarkus-jgroups-chat$ mvn compile quarkus:dev 
...
[INFO] --- quarkus-maven-plugin:0.18.0:dev (default-cli) @ quarkus-jgroups-chat ---
2019-07-03 14:12:05,025 DEBUG [org.jgr.qua.ext.JChannelTemplate] (main) creating channel based on config config=chat-tcp.xml, bind_addr=, initial_hosts=, cluster=quarkus-jgroups-chat
 
-------------------------------------------------------------------
GMS: address=belasmac-19612, cluster=quarkus-jgroups-chat, physical address=127.0.0.1:7800
-------------------------------------------------------------------
-- view: [belasmac-19612|0] (1) [belasmac-19612]

Shell2:
[belasmac] /Users/bela/quarkus-jgroups-chat$ mvn compile quarkus:dev -Dquarkus.http.port=8081
...
[INFO] --- quarkus-maven-plugin:0.18.0:dev (default-cli) @ quarkus-jgroups-chat ---
2019-07-03 14:15:02,463 DEBUG [org.jgr.qua.ext.JChannelTemplate] (main) creating channel based on config config=chat-tcp.xml, bind_addr=, initial_hosts=, cluster=quarkus-jgroups-chat

-------------------------------------------------------------------
GMS: address=belasmac-25898, cluster=quarkus-jgroups-chat, physical address=127.0.0.1:7801
-------------------------------------------------------------------
-- view: [belasmac-19612|1] (2) [belasmac-19612, belasmac-25898]

这里我们需要一个系统属性设置 quarkus.http.port=8081 ，否则会产生端口冲突，因为默认的 8080 端口已经被第一个应用占用。

输出信息显示集群共有两个成员。

我们可以通过调用 curl http://localhost:8080/chat/send/hello%20world 和 curl http://localhost:8081/chat/send/message2 来发送消息。

两个命令行窗口都显示接收到同样的消息：

-- view: [belasmac-19612|1] (2) [belasmac-19612, belasmac-25898]
-- from belasmac-19612: hello world
-- from belasmac-25898: message2

当然我们也可以使用浏览器来发送 HTTP GET 请求。

当在浏览器中订阅消息时 (http://localhost:8081/streaming.html)，会有如下效果：

注意这些频道都是绑定到本机 loopback (127.0.0.1) 地址上。可以通过 application.properties 配置中的 bind_addr 和 initial_hosts 来进行修改。

quarkus.channel.config=chat-tcp.xml
quarkus.channel.cluster=quarkus-jgroups-chat
# quarkus.channel.bind_addr=192.168.1.105
# quarkus.channel.initial_hosts=192.168.1.105[7800]

另外我们也可以通过系统属性来进行设置，例如：

[belasmac] /Users/bela/quarkus-jgroups-chat$ mvn compile quarkus:dev -Dbind_addr=192.168.1.105 -Dinitial_hosts=192.168.1.105[7800],192.168.1.105[7801]
...
[INFO] --- quarkus-maven-plugin:0.18.0:dev (default-cli) @ quarkus-jgroups-chat ---
2019-07-03 14:38:28,258 DEBUG [org.jgr.qua.ext.JChannelTemplate] (main) creating channel based on config config=chat-tcp.xml, bind_addr=, initial_hosts=, cluster=quarkus-jgroups-chat

-------------------------------------------------------------------
GMS: address=belasmac-10738, cluster=quarkus-jgroups-chat, physical address=192.168.1.105:7800
-------------------------------------------------------------------
-- view: [belasmac-10738|0] (1) [belasmac-10738]

编译本机可执行程序

要将应用编译成可执行程序，可以使用 mvn package -Pnative 命令：

[belasmac] /Users/bela/quarkus-jgroups-chat$ mvn package -Pnative
[INFO] Building jar: /Users/bela/quarkus-jgroups-chat/target/quarkus-jgroups-chat-1.0.0-SNAPSHOT.jar
[INFO] 
[INFO] --- quarkus-maven-plugin:0.18.0:build (default) @ quarkus-jgroups-chat ---
[INFO] [io.quarkus.deployment.QuarkusAugmentor] Beginning quarkus augmentation
[INFO] [org.jboss.threads] JBoss Threads version 3.0.0.Beta4
[INFO] [io.quarkus.deployment.QuarkusAugmentor] Quarkus augmentation completed in 1343ms
[INFO] [io.quarkus.creator.phase.runnerjar.RunnerJarPhase] Building jar: /Users/bela/quarkus-jgroups-chat/target/quarkus-jgroups-chat-1.0.0-SNAPSHOT-runner.jar
[INFO] 
[INFO] --- quarkus-maven-plugin:0.18.0:native-image (default) @ quarkus-jgroups-chat ---
[INFO] [io.quarkus.creator.phase.nativeimage.NativeImagePhase] Running Quarkus native-image plugin on OpenJDK 64-Bit Server VM
[INFO] [io.quarkus.creator.phase.nativeimage.NativeImagePhase] /Users/bela/graalvm/Contents/Home/bin/native-image -J-Djava.util.logging.manager=org.jboss.logmanager.LogManager --initialize-at-build-time= -H:InitialCollectionPolicy=com.oracle.svm.core.genscavenge.CollectionPolicy$BySpaceAndTime -jar quarkus-jgroups-chat-1.0.0-SNAPSHOT-runner.jar -J-Djava.util.concurrent.ForkJoinPool.common.parallelism=1 -H:FallbackThreshold=0 -H:+ReportUnsupportedElementsAtRuntime -H:+ReportExceptionStackTraces -H:+PrintAnalysisCallTree -H:-AddAllCharsets -H:EnableURLProtocols=http -H:-SpawnIsolates -H:+JNI --no-server -H:-UseServiceLoaderFeature -H:+StackTrace
[quarkus-jgroups-chat-1.0.0-SNAPSHOT-runner:93574]    classlist:   6,857.25 ms
[quarkus-jgroups-chat-1.0.0-SNAPSHOT-runner:93574]        (cap):   4,290.72 ms
[quarkus-jgroups-chat-1.0.0-SNAPSHOT-runner:93574]        setup:   6,430.30 ms
14:43:05,540 INFO  [org.jbo.threads] JBoss Threads version 3.0.0.Beta4
14:43:06,468 INFO  [org.xnio] XNIO version 3.7.2.Final
14:43:06,528 INFO  [org.xni.nio] XNIO NIO Implementation Version 3.7.2.Final
[quarkus-jgroups-chat-1.0.0-SNAPSHOT-runner:93574]   (typeflow):  17,331.26 ms
[quarkus-jgroups-chat-1.0.0-SNAPSHOT-runner:93574]    (objects):  24,511.12 ms
[quarkus-jgroups-chat-1.0.0-SNAPSHOT-runner:93574]   (features):   1,194.16 ms
[quarkus-jgroups-chat-1.0.0-SNAPSHOT-runner:93574]     analysis:  44,204.65 ms
[quarkus-jgroups-chat-1.0.0-SNAPSHOT-runner:93574]     (clinit):     579.00 ms
[quarkus-jgroups-chat-1.0.0-SNAPSHOT-runner:93574]     universe:   1,715.40 ms
[quarkus-jgroups-chat-1.0.0-SNAPSHOT-runner:93574]      (parse):   3,315.80 ms
[quarkus-jgroups-chat-1.0.0-SNAPSHOT-runner:93574]     (inline):   4,563.11 ms
[quarkus-jgroups-chat-1.0.0-SNAPSHOT-runner:93574]    (compile):  24,906.58 ms
[quarkus-jgroups-chat-1.0.0-SNAPSHOT-runner:93574]      compile:  34,907.28 ms
[quarkus-jgroups-chat-1.0.0-SNAPSHOT-runner:93574]        image:   4,557.78 ms
[quarkus-jgroups-chat-1.0.0-SNAPSHOT-runner:93574]        write:   2,531.16 ms
[quarkus-jgroups-chat-1.0.0-SNAPSHOT-runner:93574]      [total]: 109,858.54 ms
[INFO] ------------------------------------------------------------------------
[INFO] BUILD SUCCESS
[INFO] ------------------------------------------------------------------------
[INFO] Total time:  01:58 min
[INFO] Finished at: 2019-07-03T14:44:40+02:00

这使用的是 GraalVM 的本地应用映像来生成一个本地可执行程序。生成完成后将在 ./target 目录产生一个可执行文件：

其大小约为 27MB ，在 MacOS 的可执行程序如下：

[belasmac] /Users/bela/quarkus-jgroups-chat/target$ ls -lh quarkus-jgroups-chat-1.0.0-SNAPSHOT-runner
-rwxr-xr-x  1 bela  staff    27M Jul  3 14:44 quarkus-jgroups-chat-1.0.0-SNAPSHOT-runner
[belasmac] /Users/bela/quarkus-jgroups-chat/target$ file quarkus-jgroups-chat-1.0.0-SNAPSHOT-runner
quarkus-jgroups-chat-1.0.0-SNAPSHOT-runner: Mach-O 64-bit executable x86_64 

接下来可以运行这个程序：

[belasmac] /Users/bela/quarkus-jgroups-chat/target$ ./quarkus-jgroups-chat-1.0.0-SNAPSHOT-runner 

-------------------------------------------------------------------
GMS: address=belasmac-55106, cluster=quarkus-jgroups-chat, physical address=127.0.0.1:7800
-------------------------------------------------------------------
-- view: [belasmac-55106|0] (1) [belasmac-55106]

当您自己运行时，您会注意到第二个及后续成员的快速启动时间。 为什么不是第一个成员？ 第一个成员必须等待GMS.join_timeout millis（在chat-tcp.xml中定义）以查看它是否发现任何其他成员，因此它总是会遇到此超时。

要改动 bind_addr 和 initial_hosts 的话，application.properties 必须在编译成本机代码之前进行修改。

注意事项

quarkus-jgroups扩展依赖于JGroups-4.1.2-SNAPSHOT，除非已将快照存储库添加到POM（或settings.xml），否则它可能无法找到。 或者通过如下命令在您的本地maven仓库中生成并安装此工件：

git clone https://github.com/belaban/JGroups.git; 
cd JGroups; 
​​​​​​​mvn install

当前的版本只支持 TCP 通讯，UDP 需要在 GraalVM 支持 MulticastSockets 后才可以使用。

出于某些不明原因，必须在 POM 中启用 enableJni ，否则编译成本机代码时会失败。 

<enableJni>true</enableJni>

希望我能快速理解这个原因并解决问题。

总结

这是快速将 JGroups 移植到本机代码的方法。 有关反馈和问题，请使用JGroups邮件列表。

接下来的计划：

  • 通过扩展提供更多 JGroups 类的支持，例如 RpcDispatcher (用以执行远程方法调用)
  • 提供本地可执行程序的 Docker 映像
  • 支持 UDP
  • 降低可执行文件的体积

Enjoy!

相关链接：

[1] https://github.com/jgroups-extras/quarkus-jgroups
[2] https://github.com/jgroups-extras/quarkus-jgroups-chat
[3] https://quarkus.io
[4] https://www.graalvm.org
[5] https://github.com/belaban/JGroups/blob/master/doc/design/PortingToGraalVM.txt
[6] https://github.com/belaban/JGroups/blob/master/tests/perf/org/jgroups/tests/perf/ProgrammaticUPerf2.java 

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