Как Quarkus объединяет MicroProfile и Spring

При разработке Java-микросервисов часто считается, что Eclipse MicroProfile и Spring Boot – это отдельные и независимые друг от друга API. По умолчанию, программисты, как правило, используют те API, к которым они уже привыкли, поскольку изучение новых фреймворков и runtime-компонентов требует много времени. Сегодня мы попробуем упростить освоение некоторых популярных MicroProfile API для Spring-разработчиков и покажем, как одновременно задействовать Spring API и новые полезные возможности Quarkus.

Если чуть подробнее, то сначала мы рассмотрим область применения и детали того, как Quarkus поддерживает API-интерфейсы Spring, чтобы показать Spring-разработчикам, как можно применять MicroProfile API в своей повседневной работе. Затем мы расскажем о MicroProfile API, которые пригодятся Spring-разработчикам при создании микросервисов.

Почему именно Quarkus? Во-первых, это кодирование вживую (live coding), то есть автоматическая перезагрузка любых изменений в MicroProfile API, Spring API и других Java API, которая выполняется всего одной командой: mvn quarkus:dev. Во-вторых, рассматриваемый в нашем примере сервис Person (он компилируется из API-интерфейсов Spring, MicroProfile и JPA в двоичный файл с использованием нативного образа GraalVM) запускается всего за 0.055 секунды и занимает около 90 МБ в оперативной памяти (RSS) на конечной точке приложения RESTful. Причем сама его компиляция выполняется всего одной командой: mvn package -Pnative.

Мы не будем углубляться в подробности MicroProfile, а лишь постараемся помочь Spring-разработчикам понять, как в Quarkus можно использовать API-интерфейсы Spring вместе с API-интерфейсами MicroProfile.

Контейнеры и Kubernetes

Чтобы не перегружать эту статью, мы рассмотрим здесь лишь высокоуровневые аспекты поддержки Kubernetes, поскольку это важно понимать. Quarkus позиционируется как Java-стек для Kubernetes, он призван минимизировать расход памяти и время запуска Java-приложений и сервисов, и, как следствие, повысить плотность их размещения на хосте и снизить общие затраты.

Quarkus также поддерживает автогенерацию ресурсов Kubernetes и предлагает руководства по развертыванию на платформах Kubernetes и Red Hat OpenShift. Кроме того, Quarkus автоматически генерирует файлы Dockerfile.jvm (JVM packaging) и Dockerfile.native (native binary packaging), необходимые для создания контейнеров.

И наконец, ориентируясь на Kubernetes как на целевую среду развертывания, Quarkus не использует Java-фреймворки в тех случаях, когда аналогичный функционал реализован на уровне самой платформы Kubernetes. В таблице 1 приводится карта функционального соответствия Kubernetes и типовых Java-фреймворков, применяемых Spring-разработчиками.

Таблица 1. Карта функционального соответствия Java-фреймворков и Kubernetes.

Компиляция и запуск кода из примера

В этой статье мы ссылаемся на пример проекта, где совместно используются API-интерфейсы Spring и MicroProfile и даже тот самый Java-класс. Код из этого примера можно скомпилировать и запустить из командной строки, подробнее см. файл README.md.

API-интерфейсы Spring Framework

Dependency Injection

Quarkus поддерживает целый ряд API-интерфейсов Contexts and Dependency Injection (CDI) и API-интерфейсов Spring Dependency Injection (Spring DI). Если вы работаете с MicroProfile, Java EE и Jakarta EE, то уже хорошо знакомы с CDI. С другой стороны, Spring-разработчики могут использовать Quarkus Extension for Spring DI API для обеспечения совместимости с Spring DI. Примеры использования поддерживаемых Spring DI API приводятся в таблице 2.

В проекте из нашего примера используется как CDI, так и Spring Dependency Injection. Дополнительные сведения и примеры на эту тему можно найти в руководстве Quarkus, которое называется Spring DI Guide.

Таблица 2. Примеры использования поддерживаемых API-интерфейсов Spring DI.

public PersonSpringController(    PersonSpringRepository personRepository,  // injected          PersonSpringMPService personService) {    // injected       this.personRepository = personRepository;       this.personService = personService; } 

@Autowired @RestClient SalutationRestClient salutationRestClient;  @Value("${fallbackSalutation}") String fallbackSalutation; 

@Configuration public class AppConfiguration {    @Bean(name = "capitalizeFunction")    public StringFunction capitalizer() {       return String::toUpperCase;    } } 

@Component("noopFunction") public class NoOpSingleStringFunction implements StringFunction {    @Override    public String apply(String s) {       return s;    } } 

@Service public class MessageProducer {    @Value("${greeting.message}")    String message;     public String getPrefix() {       return message;    } } 

Веб-фреймворк

Пользователям MicroProfile понравится, что Quarkus поддерживает JAX-RS, MicroProfile Rest Client, JSON-P и JSON-B в качестве основной модели веб-программирования. Spring-разработчиков приятно порадует недавно появившаяся в Quarkus поддержка Spring Web API, в частности интерфейсов, отвечающих за REST. По аналогии со Spring DI главная цель поддержки Spring Web API заключается в том, чтобы Spring-разработчики могли использовать API-интерфейсы Spring Web вместе с API-интерфейсами MicroProfile. Примеры использования поддерживаемых Spring Web API приводятся в таблице 3, а дополнительные сведения и примеры на эту тему можно найти в руководстве Quarkus, которое называется Spring Web Guide.

Таблица 3. Примеры использования поддерживаемых API-интерфейсов Spring Web.

@RestController @RequestMapping("/person") public class PersonSpringController {    ...    ...    ... } 

@GetMapping(path = "/greet/{id}",    produces = "text/plain")    public String greetPerson(    @PathVariable(name = "id") long id) {    ...    ...    ... } 

Spring Data JPA

Пользователям MicroProfile также придется по душе, что Quarkus поддерживает JPA с использованием Hibernate ORM. Для Spring-разработчиков тоже есть хорошая новость: Quarkus поддерживает общепринятые аннотации и типы Spring Data JPA. Примеры использования поддерживаемых Spring Data JPA API приводятся в таблице 4.
В проекте из нашего примера используются API-интерфейсы Spring Data JPA, а дополнительная информация доступна в руководстве Quarkus под названием Spring Data JPA Guide.

Таблица 4. Примеры использования поддерживаемых API-интерфейсов Spring Data JPA.

public interface PersonRepository          extends JpaRepository,                  PersonFragment {    ... } 

public class PersonRepository extends       Repository {      Person save(Person entity);      Optional findById(Person entity); } 

public interface PersonRepository          extends JpaRepository,                  PersonFragment {    ... } 

public interface PersonRepository extends CrudRepository {      List findByName(String name);          Person findByNameBySsn(String ssn);          Optional         findByNameBySsnIgnoreCase(String ssn);      Boolean existsBookByYearOfBirthBetween(             Integer start, Integer end); } 

public interface MovieRepository          extends CrudRepository {      Movie findFirstByOrderByDurationDesc();      @Query("select m from Movie m where m.rating = ?1")     Iterator findByRating(String rating);      @Query("from Movie where title = ?1")     Movie findByTitle(String title); } 

API-интерфейсы MicroProfile

Отказоустойчивость (Fault tolerance)

Конструкции Fault tolerance очень важны для предотвращения каскадных отказов и создания надежных микросервисных архитектур. Spring-разработчики уже много лет используют для отказоустойчивости circuit-breaker’ы Hystrix. Однако Hystrix давно не обновлялся, а вот MicroProfile’евский Fault Tolerance сейчас активно развивается и имеет за плечами уже несколько лет продакшн-использования. Поэтому для повышения надежности сервисов в Quarkus рекомендуется применять API-интерфейсы MicroProfile Fault Tolerance, примеры использования которых приводятся в таблице 5. Дополнительные сведения об этом можно найти в руководстве Quarkus Fault Tolerance Guide.

Таблица 5. Примеры использования поддерживаемых API-интерфейсов MicroProfile Fault Tolerance.

@Asynchronous @Retry public Future<String> getSalutation() {    ...    return future; } 

@Bulkhead(5) public void fiveConcurrent() {    makeRemoteCall(); //... } 

@CircuitBreaker(delay=500   // milliseconds    failureRatio = .75,    requestVolumeThreshold = 20,    successThreshold = 5) @Fallback(fallbackMethod = "fallback") public String getSalutation() {    makeRemoteCall(); //... } 

@Timeout(500) // milliseconds @Fallback(fallbackMethod = "fallback") public String getSalutation() {    makeRemoteCall(); //... }  public String fallback() {    return "hello"; } 

@Retry(maxRetries=3) public String getSalutation() {    makeRemoteCall(); //... } 

@Timeout(value = 500 )   // milliseconds @Fallback(fallbackMethod = "fallback") public String getSalutation() {    makeRemoteCall(); //... } 

Проверка сервисов (Service Health)

Kubernetes-платформы отслеживают исправность контейнеров с помощью специальных сервисов. Чтобы нижележащая платформа могла мониторить сервисы, Spring-разработчики обычно используют настраиваемые HealthIndicator и Spring Boot Actuator. В Quarkus это можно сделать с помощью MicroProfile Health, которые по умолчанию выполняют проверку работоспособности (liveness check), но могут быть настроены и на одновременную проверку liveness и readiness (готовности). Примеры использования поддерживаемых MicroProfile Health API приводятся в таблице 6, а дополнительная информация представлена в руководстве Quarkus Health Guide.

Таблица 6. Примеры использования поддерживаемых API-интерфейсов MicroProfile Health.

@Liveness public class MyHC implements HealthCheck {   public HealthCheckResponse call() {     ...    return HealthCheckResponse      .named("myHCProbe")      .status(ready ? true:false)      .withData("mydata", data)      .build();   } 

@Readiness public class MyHC implements HealthCheck {   public HealthCheckResponse call() {     ...    return HealthCheckResponse      .named("myHCProbe")      .status(live ? true:false)      .withData("mydata", data)      .build();   } 

Метрики

Приложения предоставляют метрики или в операционных целях (для контроля SLA-показателей производительности), или в неоперационных (бизнес-показатели SLA). Spring-разработчики предоставляют метрики с помощью Spring Boot Actuator и Micrometer. В свою очередь, Quarkus использует MicroProfile Metrics для предоставления базовых метрик (JVM и операционная система), вендор-метрик (Quarkus) и метрик приложений. MicroProfile Metrics требует, чтобы реализация поддерживала выходные форматы JSON и OpenMetrics (Prometheus). Примеры использования MicroProfile Metrics API приводятся в таблице 7.

В проекте из нашего примера MicroProfile Metrics используются для предоставления метрик приложения. Дополнительные сведения можно найти в руководстве Quarkus Metrics Guide.

Таблица 7. Примеры использования API-интерфейсов MicroProfile Metrics.

@Counted(name = "fallbackCounter",    displayName = "Fallback Counter",    description = "Fallback Counter") public String salutationFallback() {    return fallbackSalutation; } 

@ConcurrentGuage(   name = "fallbackConcurrentGauge",    displayName="Fallback Concurrent",    description="Fallback Concurrent") public String salutationFallback() {    return fallbackSalutation; } 

@Metered(name = "FallbackGauge",    displayName="Fallback Gauge",    description="Fallback frequency") public String salutationFallback() {    return fallbackSalutation; } 

@Metered(name = "MeteredFallback",    displayName="Metered Fallback",    description="Fallback frequency") public String salutationFallback() {    return fallbackSalutation; } 

@Metric @Metered(name = "MeteredFallback",    displayName="Metered Fallback",    description="Fallback frequency") public String salutationFallback() {    return fallbackSalutation; } 

@Timed(name = "TimedFallback",    displayName="Timed Fallback",    description="Fallback delay") public String salutationFallback() {    return fallbackSalutation; } 

Конечные точки метрик (Metrics Endpoints)

Метрики приложений localhost:8080/metrics/application
Базовые метрики localhost:8080/metrics/base
Вендор-метрики localhost:8080/metrics/vendor
Все метрики localhost:8080/metrics

Rest-клиент MicroProfile

Микросервисы часто предоставляют конечные точки RESTful, для работы с которыми требуются соответствующие клиентские API. Чтобы использовать конечные точки RESTful, Spring-разработчики обычно применяют RestTemplate. Quarkus же предлагает для решения этой задачи API-интерфейсы MicroProfile Rest Client, примеры использования которых приводятся в таблице 8.

В проекте из нашего примера использование конечных точек RESTful выполняется с помощью MicroProfile Rest Client. Дополнительные сведения и примеры на эту тему можно найти в руководстве Quarkus Rest Client Guide.

Таблица 8. Примеры использования API-интерфейсов MicroProfile Rest Client.

@RegisterRestClient @Path("/") public interface MyRestClient {     @GET     @Produces(MediaType.TEXT_PLAIN)     public String getSalutation(); } 

@Autowired // or @Inject @RestClient MyRestClient restClient; 

System.out.println(    restClient.getSalutation()); 

application.properties: org.example.MyRestClient/mp-rest/url=    http://localhost:8081/myendpoint 

Итоги

В этом блоге, который в первую очередь пригодится Spring-разработчикам, мы кратко рассмотрели, как в Quarkus использовать API-интерфейсы Spring вместе API-интерфейсами MicroProfile, чтобы разрабатывать микросервисы Java и затем компилировать их в нативный двоичный код, который экономит сотни мегабайт оперативной памяти и запускается за считанные миллисекунды.

Как вы уже поняли, дополнительные сведения о поддержке API-интерфейсов Spring и MicroProfile, а также массу другой полезной информации можно найти в руководствах Quarkus.