Java 无服务器函数入门

Quarkus 令你可以使用类似 Java 的技术开发无服务器的工作负载。

对​​无服务器 Java​​的研究始于函数 —— 就是按需求运行的一小段代码。这一阶段并没有持续很长时间。虽然在 1.0 阶段，基于虚拟机架构的函数使这种范式变得很流行，但它仍然有局限性，例如执行时间、协议和糟糕的本地开发体验，都不太理想，如下图所示。

开发者随后意识到，可以把同样的无服务器特性应用于微服务和 Linux 容器，带来的好处也是一样的。由此进入 1.5 阶段，在这个阶段，一些无服务器容器完全抽象化了​​Kubernetes​​，通过​​Knative​​或其它位于它之上的抽象层来提供无服务器的体验。

在 2.0 阶段，无服务器开始处理更复杂的编排和集成模式，并结合某些层级的状态管理。更重要的是，开发者关注的是能否在旧的系统中使用熟悉的 Java 应用程序运行时来组合运行无服务器和非无服务器的工作负载。

The serverless Java journey

Java 开发者开始进行无服务器函数开发之前，第一步是要选择一种新的云原生 Java 框架，从而能够以快于传统单体应用程序的速度和较小的内存占用运行 Java 函数。这在各种基础设施环境中，包括物理服务器、虚拟机、多云或混合云环境中的容器，都是适用的。

开发者也有可能固执地选择 Spring 框架中的​​Spring 云函数​​来进行命令式和反应式函数的开发。Spring 也支持将 Java 函数部署到可安装的无服务器平台，比如​​Kubeless​​、​​Apache OpenWhisk​​、​​Fission​​和​​Project Riff​​。然而，人们担心 Spring 的启动慢、响应时间长以及内存占用大的问题。在诸如 Kubernetes 这种可扩展的容器环境中运行 Java 函数，这些问题可能会更严重。

​​Quarkus​​是一个新推出的开源云原生 Java 框架，它有助于解决这些问题。它的作用是设计无服务器应用程序，以及编写运行于云基础设施（例如 Kubernetes）的云原生微服务。

Quarkus 重新审视了 Java，它使用了封闭的方法构建和运行 Java 程序。它把 Java 转变为一种可与 Go
相媲美的运行时。Quarkus 也包含 100 多种扩展功能，集成了企业级能力，例如数据库访问、无服务器集成、消息、安全、可观察性和业务自动化。

这里有一个简单例子，展现如何使用 Quarkus 创建一个 Java 无服务器项目的框架。

1、基于 Maven 创建一个 Quarkus 无服务器项目

安装一个本地 Kubernetes 集群，开发者有多种选择，包括​​Minikube​​和​​OKD​​。因为使用 OKD 在 Knative 和 DevOps 工具上安装无服务器相关功能较方便，本文使用 OKD 安装集群。这些关于​​OKD 安装​​和​​Knative 操作员安装​​的相关指南中提供了更多的设置资料。

下面的命令创建了一个 Quarkus 项目（例如​​quarkus-serverless-restapi​​），对外暴露一个简单的 REST API，并下载​​quarkus-openshift​​扩展，用于 Knative 服务的部署：

$ mvn io.quarkus:quarkus-maven-plugin:1.13.4.Final:create \

       -DprojectGroupId=org.acme \

       -DprojectArtifactId=quarkus-serverless-restapi \

       -Dextensions="openshift" \

       -DclassName="org.acme.getting.started.GreetingResource"

2、在本地运行无服务器功能

使用 Quarkus 开发模式运行程序，检查 REST API 是否有效，稍稍调整一下代码：

$ ./mvnw quarkus:dev

输出如下内容：

__  ____  __  _____   ___  __ ____  ______ 

 --/ __ \/ / / / _ | / _ \/ //_/ / / / __/ 

 -/ /_/ / /_/ / __ |/ , _/ ,< / /_/ /\ \   

--\___\_\____/_/ |_/_/|_/_/|_|\____/___/   

INFO  [io.quarkus] (Quarkus Main Thread) quarkus-serverless-restapi 1.0.0-SNAPSHOT on JVM (powered by Quarkus xx.xx.xx.) started in 2.386s. Listening on: http://localhost:8080

INFO  [io.quarkus] (Quarkus Main Thread) Profile dev activated. Live Coding activated.

INFO  [io.quarkus] (Quarkus Main Thread) Installed features: [cdi, kubernetes, resteasy]

注意: 保持 Quarkus 应用程序运行，需要使用热部署Live Coding。这样，当代码修改后，你就不必重新构建、重新部署以及重启运行时。

现在，你可以使用一个​​curl​​命令快速访问 REST API。输出结果应当是​​Hello RESTEasy​​:

$ curl localhost:8080/hello

Hello RESTEasy

在​​GreetingResource.java​​中修改返回值：

public String hello() {

        return "Quarkus Function on Kubernetes";

    }

再次访问 REST API，输出信息也会相应更新：

$ curl localhost:8080/hello

Quarkus Function on Kubernetes

普通的微服务跟无服务器函数之间的差别并不大。使用 Quarkus 的好处在于：开发者可以使用任何微服务，将 Kubernetes 部署为无服务器函数。

3、在 Knative 服务中部署相关的函数

如果你还没有创建命名空间，就在你的 OKD 集群上​​创建命名空间​​（例如​​quarkus-serverless-restapi​​），用来部署 Java 无服务器函数。

Quarkus 令开发者可以通过在​​src/main/resources/application.properties​​中添加以下变量，创建 Knative 和 Kubernetes 资源：

quarkus.container-image.group=quarkus-serverless-restapi <1>

quarkus.container-image.registry=image-registry.openshift-image-registry.svc:5000 <2>

quarkus.kubernetes-client.trust-certs=true <3>

quarkus.kubernetes.deployment-target=knative <4>

quarkus.kubernetes.deploy=true <5>

quarkus.openshift.build-strategy=docker <6>

说明:

• <1> 在你部署无服务器应用程序的位置定义项目名
• <2>使用容器注册中心
• <3>在这个简单例子中，使用自签名证书，以便通过相关信任机制
• <4>允许创建 Knative 资源
• <5>指示在构建容器映像之后将扩展部署到 OpenShift
• <6>设置 Docker 构建策略

执行以下命令，构建应用程序，并直接部署到 OKD 集群：

$ ./mvnw clean package -DskipTests

注意:应该提前使用​​oc login​​命令，确保登录到正确的项目（例如​​quarkus-serverless-restapi​​）。

输出结果应该以​​BUILD SUCCESS​​结束。

在对于 Knative 服务执行的​​oc​​命令中，加上标签:

$ oc label rev/quarkus-serverless-restapi-00001 

app.openshift.io/runtime=quarkus --overwrite

然后访问 OKD 网页控制台，就能进入​​开发人员透视图中的拓扑视图​​。你可能会看到你的容器荚Pod（无服务器函数）已经缩小为零（白线圈）。

Topology view

4、在 Kubernetes 环境下测试函数

运行如下​​oc​​命令，搜索含有无服务器函数的路由：

$ oc get rt/quarkus-serverless-restapi

[...]

NAME                      URL                             READY   REASON

quarkus-serverless[...]   http://quarkus[...].SUBDOMAIN   True

使用​​curl​​命令访问搜索到的路由：

$ curl http://quarkus-serverless-restapi-quarkus-serverless-restapi.SUBDOMAIN/hello

过几秒钟，你可以得到跟在本地相同的结果：

Quarkus Function on Kubernetes

当你回到 OKD 集群内的拓扑图，Knative 服务会自动扩展。

Scalingthe Knative Function

由于 Knative 服务的默认设置，其 pod 在 30 秒后会再次下降至零。

下一步呢？

无服务器不断地在演变，始于运行于虚拟机的函数，到后来的无服务器容器，并与企业原有系统集成。在此过程中，企业开发者借助 Quarkus，仍然可以使用自己熟悉的技术（比如 Java）创建一个项目，然后构建并部署到 Kubernetes。

本系列的下一篇文章将指导你优化 Kubernetes 中的 Java 无服务器函数，从而令程序启动更快，内存占用更小。