瓜瓜头条

支持JDK19虚拟线程的web框架，之二：完整开发一个支持虚拟线程的quarkus应用

2023-09-14 14:23 由 程序员欣宸 发表于 #后端开发

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这里分类和汇总了欣宸的全部原创(含配套源码)：https://github.com/zq2599/blog_demos

本篇概览

  • 本篇是《支持JDK19虚拟线程的web框架》系列的中篇，前文咱们体验了有虚拟线程支持的web服务，经过测试，发现性能上它与其他两种常见web架构并无明显区别，既然如此，还有必要研究和学习吗？
  • 当然有必要，而且还要通过实战更深入了解虚拟线程与常规线程的区别，在各大框架和库广泛支持虚拟线程之前，打好理论和实践基础，这才是本系列的目标
  • 为了接下来的深入了解，咱们先在本篇打好基础：详细说明前文的web功能是如何开发出来的
  • 为了突出重点，这里先提前剧透，从编码的角度说清楚如何开启虚拟线程支持，其实非常简单，如下图，左侧是quarkus框架下的一个普通web服务，每收到一个web请求，是由线程池中的线程负责响应的，右侧的web服务多了个@RunOnVirtualThread注解，就变成了由新建的虚拟线程去处理web请求，没错，在quarkus框架下使用虚拟线程就是这么简单

  • 在前文中，我们通过返回值也看到了上述两个web服务中，负责web响应的线程的不同，如下所示，从线程名称上很容易看出线程池和虚拟线程的区别

  • 看到这里，您可能会说：就这？一个注解就搞定的事情，你还要写一篇文章？这不是在浪费作者你自己和各位读者的时间吗？

  • 确实，开启虚拟线程，编码只要一行，然而就目前而言，虚拟线程是JDK19专属，而且还只是预览功能，要想在实际运行的时候真正开启并不容易，需要从JDK、maven、IDE等方方面面都要做相关设置，而且如果要做成前文那样的docker镜像，一行docker run命令就能开启虚拟线程，还要在Dockerfile上做点事情（quarkus提供的基础镜像中没有JDK19版本，另外启动命令也要调整）

  • 上述这些都是本文的重点，欣宸已经将这些梳理清楚了，接下来咱们一起实战吧，让前文体验过的web从无到有，再到顺利运行，达到预期

  • 整个开发过程如下图所示，一共十步，接下来开始动手

开发环境

  • 开发电脑：MacBook Pro M1，macOS Monterey 12.6
  • IDE：IntelliJ IDEA 2022.3 EAP (Ultimate Edition) （即未发布前的早期预览版）
  • 另外，M1芯片的电脑上开发和运行JDK19应用，与普通的X86相比感受不到任何变化，只有一点要注意：上传docker镜像到hub.docker.com时，镜像的系统架构是ARM的，这样的镜像在X86电脑上下载下来后不能运行

下载JDK19

  • 实际上，azul的jdk很全面，x86芯片的各平台版本安装包都提供了，您可以根据自己电脑环境选择下载，下面是我选择的适合M1芯片的版本
  • 下载完成后双击安装即可

修改maven的配置

  • 我这里使用的是本地maven，其对应的JDK也要改成19，修改方法是调整环境变量JAVA_HOME，令其指向JDK19目录（在我的电脑上，环境变量是在~/.zshrc里面）

  • 修改后令环境变量生效，然后执行一下命令确认已经使用了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"

创建Quarkus项目

  • 打开IDEA，新建项目，选择Quarkus项目
  • 接下来选择要用到的扩展包（其实就是在图形化页面添加jar依赖），这里的选择如下图：Reactive PostgreSQL client和RESTEasy Reactive Jackson
  • 点击上图右下角的Create按钮后项目开始创建，稍作等待，项目创建完成，如下图，此刻只能感慨：quarkus太贴心，不但有demo源码，还有各种版本的Dockerfile文件，而且git相关的配置也有，甚至README.md都写得那么详细，我是不是可以点击运行按钮直接把程序run起来了

IDEA设置

  • 由于要用到JDK19，下面几项设置需要检查并确认
  • 首先是Project设置，如下图

  • 其次是Modules设置，先配置Sources这个tab页

  • 接下来是Dependencies这个tab页
  • 进入IDEA系统设置菜单
  • 如下图，三个位置需要设置
  • 设置完成了，接下来开始编码

编码

  • 首先确认pom.xml，这是IDEA帮我们创建的，内容如下，有两处改动稍后会说到
<?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>

        <!-- 生成测试数据 -->
        <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>
                <!-- 这里是新增的虚拟线程相关特性，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>
                <!-- 这里是新增的虚拟线程相关特性，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的第一处改动如下图，要确保全部是19
  • 第二处改动，是在quarkus-maven-plugin插件中增加额外的配置参数，如下图红框
  • 接下来新增配置文件application.properties，在resources目录下
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
  • 开始写java代码了，首先是启动类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);
    }
}
  • 数据库对应的model类有两个，第一个是gender字段的枚举
package com.bolingcavalry.model;

public enum Gender {
    MALE, FEMALE;
}
  • 表对应的实体类
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"));
    }
}
  • 接下来是操作数据库的dao类，可见使用操作方式还是很原始的，还要在代码中手写SQL，取出也要逐个字段匹配，其实quarkus也支持JPA，只不过本篇使用的是响应式数据库驱动，所以选用的是Vert.x生成的连接池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;
    }
}
  • 接下来就是前面截图看到的web服务类VTPersonResource.java，它被注解@RunOnVirtualThread修饰，表示收到web请求在虚拟线程中执行响应代码
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);
    }
}
  • 最后是用于对比的常规web服务类PoolPersonResource.java，这个就是中规中矩的在线程池中取一个线程来执行响应代码
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，编码完成

IDEA启动设置

  • 编码完成后，在IDEA上启动应用做本地调试是咱们的基本操作，所以IDEA运行环境也要设置成支持JDK19的预览特性
  • 打开入口类，点击main方法前面的绿色箭头，在弹出的菜单上选择Modify Run Configuration
  • 在运行应用的设置页面，如下操作

  • 选中Add VM options
  • 填入下图箭头所指的内容
  • 终于，设置完成，接下来要启动应用了

启动和验证

  • 启动应用之前，请确认postgresql数据库已启动，并且数据已经导入，具体启动和导入方法请参考前文
  • 点击下图红色箭头中指向的按钮，即可在IDEA中运行应用
  • 在前文中，咱们是在docker上运行应用的，另外在实际场景中应用运行在docker或者k8s环境也是普遍情况，所以接下来一起实战将用做成docker镜像并验证

构建镜像

  • 在创建工程的时候，IDEA就用quarkus模板自动创建了多个Dockerfile文件，下图红框中全是
  • 如果当前应用的JDK不是19，而是11或者17，那么上图红框中的Dockerfile文件就能直接使用了，然而，由于今天咱们应用的JDK必须是19，就无法使用这些Dockerfile了，必须自己写一个，原因很简单，打开Dockerfile.jvm，如下图红色箭头所示，基础镜像是jdk17，而这个仓库中并没有JDK19，也就是说quarkus还没有发布JDK19版本的基础镜像，咱们要自己找一个，另外，容器启动命令也要调整，需要加入--enable-preview才能开启JVM的虚拟线程
  • 自己写的Dockerile文件名为Dockerfile.19，内容如下，可见非常简单：先换基础镜像，再把mvn构建结果复制过去，最后加个启动命令就完事儿了（远不如官方的分层构建节省空间，然而在官方的JDK19镜像方案出来之前，先用下面这个将就着用吧）
FROM openjdk:19

ENV LANGUAGE='en_US:en'

# 执行工作目录
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"]

  • 接下来可以制作镜像了，请确保自己电脑上docker已在运行

  • 首先是常规maven编译打包（uber-jar表示生成的jar中包含了所有依赖库）

mvn clean package -U -DskipTests -Dquarkus.package.type=uber-jar
  • 构建docker镜像
docker build -f src/main/docker/Dockerfile.19 -t bolingcavalry/quarkus-virual-threads-demo:0.0.2 .
  • 镜像制作成功，控制台输出如下图
  • 如果您有hub.docker.com的账号，也可以像我一样推送到公共仓库，方便大家使用

异常测试（没有enable-preview参数会怎么样？）

  • 回顾Dockerfile中启动应用的命令，由于虚拟线程是JDK19的预览功能，因此必须添加下图红色箭头所指的--enable-preview参数才能让虚拟线程功能生效
  • 于是我就在想：不加这个参数会咋样？也就是不开启虚拟线程，但是代码中却要用它，那么真正运行的时候会如何呢？
  • 瞎猜是没用的，还是试试吧，在启动参数中删除--enable-preview，如下图，再重新构建镜像
  • 像前文那样运行容器（再次提醒，确保数据库是正常的），再在浏览器访问http://localhost:8080/vt/persons/1，页面正常显示了，看来功能是不受影响的
  • 再用docker logs命令查看后台日志，如下图箭头所示，quarkus给出了WARN级别的提示：由于当前虚拟机不支持虚拟线程，改为使用默认的阻塞来执行业务逻辑
  • 小结：在不支持虚拟线程的环境强行使用虚拟线程，quarkus会选择兼容的方式继续完成任务

小结和展望

  • 至此，一个完整的quarkus应用已开发完成，该应用使用虚拟线程来响应web请求，而且在quarkus官方还没有提供方案的前提下，咱们依旧完成了docker镜像的制作，最后，因为好奇，还关闭重要参数尝试了一下，一系列操作下来，相信您已经对基础开发了如指掌了

  • 最后，还剩下两个遗留问题，相信您也会有类似困惑

    1. 虚拟线程和常规子线程的区别，究竟能不能看出来？前文已经验证了性能上区别不大，那还有别的方式来观察和区分吗？
    2. 能不能稍微深入一点，仅凭一个@RunOnVirtualThread注解就强行写了两篇博客，实在是太忽悠人了

  • 以上问题会在接下来的《支持JDK19虚拟线程的web框架，终篇》得到解决，还是那句熟悉的广告词：欣宸原创，不辜负您的期待

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