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35 实现：基于JDK 17、Spring Boot 3、Spring 6打造云原生Java应用

你好，我是康杨。

在当前云计算快速发展的背景下，云原生应用变得越来越受欢迎，这种应用程序需要具备高度可移植性、强大的可扩展性和高效的性能等特性。这也是Java语言在云原生应用开发中面临的挑战，例如需要更好地支持容器化、微服务架构和云原生技术等。

为了应对这些挑战，Java也作出了很多改变，比如利用JDK 17的稳定性、Spring Boot 3 和 Spring 6等现代化特性，来构建高效、可扩展的Java应用程序，来适应云原生环境的需求。这节课我就带你来看看Java的变化，为了让你体会更深刻，我还会手把手带你实现一个基于JDK 17、Spring Boot 3和Spring 6的云原生Java应用。

话不多说，我们马上开始吧！

原生时代Java生态面临的挑战

云原生是现代软件开发的新趋势，它让我们的应用程序能够在多种云环境中运行，并且能够灵活地调整资源。在这样的环境下，我们的应用程序需要具备 快速启动、安静掉线 的特性，这对于Java生态来说是个挑战。我们都知道，Java应用程序的启动过程相对较长，这在一定程度上限制了它在云原生环境中的表现。

再者，Java应用常常会占用大量的内存。在云环境中，资源是有限的，特别是在微服务中，内存消耗可能会成为一个问题。我们需要寻找办法来 优化Java应用程序的内存使用，以适应云原生环境的需求。

此外，云原生环境强调开放性和平台独立性，所有服务都需要具备独立部署和运行的能力。这对于Java生态来说同样是个挑战。Java作为一个成熟的编程语言，它的生态系统非常庞大，但是这也带来了一些兼容性问题。我们需要找到方法来保证Java应用程序在云原生环境中的 兼容性。

云原生和Java生态面临的挑战主要在性能、内存消耗和兼容性这三个方面。我们需要通过技术创新和最佳实践，来克服这些挑战，让Java在云原生环境中发挥出更大的价值。

Java如何应对挑战？

目前Java生态已经通过引入一系列新工具和方案来积极应对云原生挑战。

JDK 17的新特性

JDK 17在性能和功能上都有显著的提升，为云原生环境提供了更好的支持。它引入了低延迟垃圾收集器，例如ZGC和Shenandoah（可以回顾 第 16 讲），这些收集器在不暂停应用的情况下进行垃圾回收，降低内存使用和启动时间。同时，JDK17提高垃圾回收器吞吐量，内置安全功能以支持加密算法和密码学，改进异常处理，提升JVM性能，从而增强了Java的安全性和稳定性。这些优化使在云原生环境中运行的Java应用程序更加安全可靠。

Spring Boot 3和Spring 6的新特性

Spring Boot 3和Spring 6为云原生应用开发带来了许多有益的新特性。Spring 6框架提供了新的编程模型和API，包括响应式编程模型、模块化设计、改进的依赖注入、新的数据访问和集成API、微服务支持以及安全性改进。这些更新使得Java开发更加便捷、高效，满足现代应用程序的需求。

响应式编程简称RP（Reactive Programming）是一种面向数据流和变化传播的编程范式。这意味着可以在编程语言中很方便地表达静态或动态的数据流，而相关的计算模型会自动将变化的值通过数据流进行传播。

容器化和微服务

容器化和微服务架构是云原生的核心概念，Java生态系统需要适应这些技术，并把它整合到现有的开发流程中。容器化技术，比如Docker，可以使Java应用程序更轻松地部署、管理和扩展。微服务架构则鼓励将应用程序拆分为更小、更易于管理的服务，从而提高应用程序的可维护性和可扩展性。

Java为了适应微服务架构，采用了模块化设计、引入响应式编程模型、支持容器化技术、提供服务化框架以及支持云原生技术栈等一系列改进。这些措施使Java应用程序更易于拆分、可维护和扩展，帮助开发者轻松构建和部署微服务应用。

持续集成和持续交付（CI/CD）

云原生应用程序需要快速迭代和部署。Java生态系统需要支持持续集成和持续交付，以满足这一要求。通过使用自动化构建和测试工具，如 Jenkins 和 Travis CI，可以确保代码的质量和稳定性。同时，通过使用容器编排工具，如Kubernetes，可以实现应用程序的自动化部署和扩展。

云原生安全性

在云原生环境中，数据和资源可能涉及敏感信息。Java生态系统需要加强安全性，确保应用程序和数据的安全。开发人员需要遵循安全编码实践，比如使用安全编程库、避免常见的安全漏洞等。同时，使用安全工具和监控，比如 Spring Security、 OAuth2 以及云原生环境中的安全监控和诊断工具，确保应用程序的安全性。

服务网格和分布式系统

为了更好地应对云原生的挑战，Java生态系统还需要关注服务网格和分布式系统。服务网格技术，如 Istio，可以实现服务之间的智能路由、负载均衡和故障注入，从而提高系统的可靠性和稳定性。分布式系统则可以通过数据分片和分布式存储、任务分发和负载均衡等技术，帮助Java应用程序更好地处理大规模数据和并发请求，提高系统的性能和可扩展性。

云原生监控和分析

云原生环境中，Java应用程序需要实现实时监控和分析，以快速发现和解决问题。通过使用云原生监控和分析工具，如 Prometheus 和 Grafana，可以对系统性能、资源使用和应用程序运行状况进行实时监控，从而提高系统的可用性和可维护性。

Java生态在云原生趋势下面临着许多挑战，但通过引入JDK 17、Spring Boot 3和Spring 6等解决方案，Java已经准备好应对这些挑战。我们需要持续关注这些新的工具和方案，以充分利用Java在云原生环境中的优势。同时，我们还需要不断学习和掌握新的技术和方法，以适应云原生环境下的开发和运维需求。

实现一个云原生Java应用

下面我就手把手带你来实现一个基于JDK 17、Spring Boot 3、Spring 6的云原生Java应用，让你深入了解如何应对云原生应用开发面临的挑战，以及如何使用最新的技术和工具开发高质量的云原生应用程序。

Step 1：创建一个基于 Spring Boot 3 和 Spring 6 的新项目

首先，我们需要安装 JDK 17，并配置环境变量。使用 Spring Initializr 创建一个新的 Spring Boot 项目，选择 Spring Boot 3 和 Spring 6 作为项目的依赖。

安装 JDK 17：

# 使用 JDK 17 安装器安装 JDK 17
curl https://download.java.net/java/jdk/17.0.1/jdk-17.0.1_windows-x64_bin.zip -o jdk-17.0.1.zip
unzip jdk-17.0.1.zip
# 配置环境变量
echo 'JAVA_HOME=C:\Program Files\Java\jdk-17.0.1' >> %USERPROFILE%\.bashrc
echo 'PATH=$JAVA_HOME\bin:$PATH' >> %USERPROFILE%\.bashrc
# 使环境变量生效
source %USERPROFILE%\.bashrc

创建 Spring Boot 项目：

图片

Step 2：配置 JDK 17 进行项目开发

在项目的 pom.xml 文件中，我们可以配置 JDK 17 作为项目的编译和运行环境。同时，使用 JDK 17 中新增的 ZGC 特性，提高应用程序的性能。

配置 JDK 17 环境

在项目的 pom.xml 文件中，添加以下配置，使项目使用 JDK 17 进行编译和运行。

<build>
    <plugins>
        <plugin>
            <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
            <artifactId>maven-compiler-plugin</artifactId>
            <version>3.8.1</version>
            <configuration>
                <source>17</source>
                <target>17</target>
            </configuration>
        </plugin>
    </plugins>
</build>

使用 ZGC 特性

在项目的 src/main/resources 目录下，创建一个名为 zgc.properties 的文件，添加以下内容，启用 ZGC 特性。

spring.jvm.properties.zgc.mode=gc
spring.jvm.properties.zgc.gc.latency-threshold=100000

Step 3：在项目中集成云原生特性

我们可以使用 Spring Cloud 工具，轻松地在项目中集成云原生特性，使用 Spring Cloud Config 实现配置管理，使用 Spring Cloud Discovery 实现服务发现。

添加 Spring Cloud 依赖

在项目的 pom.xml 文件中，添加以下依赖，以集成 Spring Cloud 工具。

<dependency>
    <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-starter-config</artifactId>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
    <artifactId>spring-cloud-starter-netflix-eureka-client</artifactId>
</dependency>

配置 Spring Cloud 特性

在项目的 src/main/resources 目录下，创建一个名为application.yml 的文件，添加以下内容，以配置 Spring Cloud 特性。

spring:
  cloud:
    config:
      server:
        enabled: true
        discovery:
          enabled: true

Step 4：在项目中实现反应式编程模型

反应式编程是一种编程范式，它允许开发者处理异步和事件驱动的程序。在 Spring Boot 项目中，我们可以使用 WebFlux 实现反应式编程模型。

创建异步的 HTTP 请求处理器

在项目中创建一个名为 MyController 的类，使用 @RestController 注解标记该类。然后，创建一个名为 hello() 的方法，使用 Mono 类处理异步请求。

@RestController
public class MyController {

    @GetMapping("/hello")
    public Mono<String> hello() {
        return Mono.just("Hello, Reactive!");
    }
}

配置 WebFlux

在项目的 src/main/resources 目录下，创建一个名为 application.yml 的文件，添加以下内容，来配置 WebFlux。

spring:
  web:
    reactive:
      enabled: true

Step 5：将项目打包为 Docker 镜像, 并在云环境中部署运行

我们可以使用 Dockerfile 文件，定义项目的镜像。然后，使用 docker build 命令，构建项目的镜像。最后，我们可以使用 docker run 命令，在云环境中部署运行项目。

创建 Dockerfile

在项目的根目录下，创建一个名为 Dockerfile 的文件，添加以下内容，以定义项目的镜像。

FROM openjdk:17-jdk
ARG JAR_FILE=target/*.jar
COPY ${JAR_FILE} app.jar
ENTRYPOINT ["java","-jar","/app.jar"]

构建 Docker 镜像

在项目根目录下，运行以下命令，构建项目的 Docker 镜像。

docker build -t my-spring-boot-app .

在云环境中部署运行项目

使用以下命令，在云环境中部署运行项目。

docker run -p 8080:8080 --name my-spring-boot-app -d my-spring-boot-app

Step 6：使用 Native Image 把 Java 应用转化成与操作系统无关的可执行文件

Native Image 是一个将 Java 应用程序编译为本地可执行文件的工具，它可以提高应用程序的启动速度和内存消耗。

添加 Native Image 依赖

在项目的 pom.xml 文件中，添加以下依赖，以集成 Native Image 工具。

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-native-image</artifactId>
</dependency>

为 Native Image 配置启动参数

在项目的 src/main/resources 目录下，创建一个名为 native-image.properties 的文件，添加以下内容，以配置 Native Image 启动参数。

# 设置生成的可执行文件名称
spring.native.image.name=my-spring-boot-app
# 设置启动时传递的参数
spring.native.image.args=-Xshare -Xverify=none -Dspring.config.location=file:/path/to/application.yml

生成 Native Image

在项目根目录下，运行以下命令，生成 Native Image。

./mvnw spring-boot:build-image

这会在 target/native-image 目录下生成 Native Image。

运行 Native Image

使用以下命令，运行 Native Image。

./target/my-spring-boot-app

应用程序将使用 Native Image 启动，具有更快的启动速度和更低的内存消耗。

通过这6个步骤，我们最终实现了一个云原生Java应用，这个应用良好地集成了JDK 17、Spinrg Boot 3和Spring 6的优秀特性，实现了一个Java的云原生应用。

重点回顾

在当前云计算的大背景下，Java语言为了适应云原生应用的需求，需要更好地支持容器化、微服务架构和云原生技术。然而，Java在性能、内存消耗和兼容性上面临着很大挑战。

为应对这些挑战，Java通过引入JDK 17、Spring Boot 3和Spring 6等现代化特性，来构建高效、可扩展的Java应用程序。除此之外，Java还利用响应式编程模型、容器化技术和微服务架构，使用自动化构建和测试工具、安全监控和诊断工具、服务网格和分布式系统等技术和方法，全方位优化应用程序，实现更高效地开发和运维。

通过一系列步骤，利用Spring Boot和Spring Cloud的新特性，以及使用Docker进行容器化部署，我们可以成功实现了一个基于JDK 17、Spring Boot 3和Spring 6的云原生Java应用程序，并能在云环境中高效运行。

思考题

这节课我们用的是版本JDK 17，如果你比较关注Java技术动态的话，应该知道最新的版本JDK 21已经发布，里面也包含了很多新特性，欢迎你在评论区分享你了解到的具体信息，我们一起探讨，同时也欢迎你把这节课的内容分享给需要的朋友，我们下节课再见！

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