2020年你将会选择哪个微服务框架？

前言

截至2020年，java仍然是构建web应用程序的最流行的编程语言之一，尽管它必须面对来自go，python和typescript等新型语言的激烈竞争。

在java世界内部，spring框架已成为微服务开发的事实上的标准，通过诸如spring boot和spring data之类的库，该框架易于使用，并且可以进行高效且大部分情况下轻松进行开发。

但是，近年来，已经引入了新的框架，声称可以缩短java应用程序的启动时间并减少其内存占用。由于我目前正在使用java开发基于微服务的大型应用程序，因此我想测试哪种java框架最适合这种架构。

因此，我的主要重点是开发的易用性以及微服务的资源消耗两个方面。

对于资源消耗方面，spring一直都被人诟病，尤其是在涉及单个流程所需的资源开销。在应用程序服务器时代，由于实例数量很少，因此这并不是主要问题。但是，随着微服务架构及其大量小型实例的兴起，这个问题变得越来越明显。正如christian lusardi最近所说的那样：

“我发现使用spring boot运行的基本java应用程序至少需要1gb的ram，开发中间件应用程序没关系，但是在微服务体系结构中，这非常糟糕！”

微服务框架介绍

1 spring

为了解决早期java enterprise的复杂性，spring于2003年应运而生。spring核心是依赖注入（di）和面向切面编程（aop），后来衍生出易于使用的spring mvc等web应用框架。通过其良好的文档，全面的各方面整合类库，spring使开发人员可以有效地创建和维护应用程序，并提供平坦的学习曲线。

spring在运行时使用反射执行di。因此，当启动spring应用程序时，将在类路径中扫描带注解的类。基于此，实例化并链接到具体对象。这种做法非常灵活且对开发人员很友好，但它可能使得启动过程缓慢并占用大量内存。另外，将这种机制迁移到graalvm非常困难，因为graalvm不支持反射。

2 micronaut

micronaut是比较新的全栈微服务框架，由grails框架的创建者于2018年引入。

micronaut提供了构建功能全面的微服务应用程序所需的所有工具。同时，它旨在提供快速启动并减少内存占用。通过使用java注解处理器执行di，创建面向切面的代理（而不是运行时）配置应用程序，可以实现此目标。

micronaut中的许多api均受spring和grails的启发。这无可厚非，毕竟这样有助于快速吸引spring及grails的开发人员。micronaut提供了诸如micronaut http，数据，安全性和各种其他技术的连接器之类的模块。但是，这些库的成熟度仍落后于spring的同类库。

3 quarkus

quarkus是red hat在2019年引入的kubernetes原生java框架。它基于microprofile，vert.x，netty和hibernate等标准构建。

quarkus的目标是通过在容器编排平台中允许更快的启动，较低的内存消耗和近乎即时的扩展来使java成为kubernetes中的领先平台。quarkus通过使用自定义的maven插件在编译时而不是在构建时执行尽可能多的工作来达到此目的（在quarkus中，这也称为编译时启动）。

quarkus使用了大多数现有的标准技术，而且还支持扩展。但是，由于该项目仅在一年之前才开始，所以这些扩展的成熟度和兼容性并不总是很清楚。随着平台的发展，这种情况将来可能会改变。

4 helidon microprofile

microprofile项目立项于2016年，与其前身jee一样，microprofile是可以由各种供应商实施的规范。到目前为止，microprofile规范已经提出了多种实现方式，最著名的是payara micro和helidon mp。

payara是从glassfish派生的jakarte ee服务器，而payara micro是其microprofile实现。helidon是oracle在2018年启动的运行时，提供了自己的microprofile规范实现。

由于它们是从jee派生的，因此microprofile规范已经很成熟并且有据可查。但是，缺少用于现代技术的连接器或替代诸如spring data和spring security之类的库的方法。

此外，由于同时开始了jakarta ee（也在eclipse foundation中）的开发，microprofile的未来尚不清楚。因此，似乎两个项目将来可能会合并。

微服务框架全方位大pk！

为了比较上述4个微服务框架，我已经使用它们实现了一个简单的应用程序。该示例应用程序包括一个用于创建，读取，更新和删除对象的rest接口，以及将这些对象存储到表中的接口。我使用openjdk docker映像运行了所有应用程序。如果该框架支持生成本机graalvm映像，我也比较了它们的性能。

我在以下几个方面对比了它们的性能：

1. 把上述的示例应用程序开发出来要多久？要实现这些框架，我必须查看框架官方文档以及在诸如stack overflow之类的平台上搜索信息。
2. ** 编译应用程序需要多长时间？**我已经测试了执行干净构建所需的时间，包括生成docker映像。对于graalvm，这包括生成本机映像的时间。
3. 启动应用程序需要多长时间？在这里，我测试了从运行docker up到应用程序正确响应第一个http请求之间的时间。另外，我还比较了启动后测试的空闲应用程序的内存占用量。
4. 应用程序支持请求负载情况如何？我使用jmeter进行负载测试，并对应用程序进行了测试，其中25％的请求执行数据库写入，而75％的请求仅执行数据库读取。然后，我再次根据其峰值性能来测量应用程序的内存占用量。

我在具有四个intel haswell cpu和15 gb内存且运行ubuntu 19.01的google cloud platform虚拟机上执行了所有测试。所有测量均已重复多次，以避免干扰因素。您可以在github上找到使用的脚本以及原始数据。

https://github.com/lizzythelizard/medium-java-framework-compare/tree/master/compare

测试结果

1 上手难度

由于我以前就有spring boot的知识，所以这是一个不公平的比较。但是，在查询文档以及可用的信息和示例时，spring确实是迄今为止使用起来最简单的框架。

micronaut的文档做得很好，并且具有与spring和grail类似的api。因此，spring开发人员很容易开始使用它。

我认为，quarkus的学习曲线较为陡峭，因为与spring和micronaut相比，库和api的成熟度较低。我特别缺少简单的数据库访问权限。

在我看来，helidon显然是最后一名，因为我为应用程序运行付出了很大的努力。

2 编译时间

所有框架，使用openjdk时的编译时间都非常相似，并且在6.98秒（使用jdbc的spring）和10.7秒（quarkus）之间。

但是，原始graalvm映像的生成非常耗时，花费了231.2秒（使用jdbc的micronaut）和351.7秒（使用jpa的micronaut）之间。这使得本机映像对于开发基本上毫无用处，因为等待四分钟来编译一个简单的应用程序实在太多了。

3 启动运行时间

使用spring data的spring boot应用程序平均花了8.16秒来启动。删除jpa和spring data可以将其减少到5.8秒。

正如官方所说，micronaut（使用jpa的时间为5.08秒，使用jdbc的时间为3.8秒）和quarkus（5.7秒）都保证了缩短启动时间的承诺。

helidon mp甚至比spring慢-平均耗时为8.27秒。

但是，真正的赢家是graalvm。本机映像的启动时间在1.39秒（quarkus）和1.46秒（使用jdbc的micronaut）之间，比openjdk实现要快得多。

所有框架运行时使用的内存使用情况非常相似。spring分配了420 mb内存（使用spring data）和261 mb（使用jdbc）。使用jpa时micronaut的内存为262 mb，使用jdbc时为178 mb。197 mb的quarkus表现更好。helidon mp耗时414 mb，与spring boot类似。

同样，仅使用7 mb（quarkus）和27 mb（micronaut使用jpa）的内存，原生graalvm映像的表现大大优于openjdk。

4 峰值负载性能

在负载下，spring boot表现出色，能够处理每秒342（使用spring data）和216（jdbc）请求（r/s），并使用581 mb（spring data）和484 mb（jdbc）内存。helidon显然是最后一名，只能提供175 r/s的速度，同时分配超过1 gb的内存。

其他框架能够在400 r/s（quarkus作为本机映像运行）和197 r/s（openjdk上的quarkus）之间提供服务。各种micronaut实现介于两者之间，与jdbc相比，jpa和本机映像比openjdk略有优势。

在内存使用方面，openjdk上的quarkus表现出色，仅消耗255 mb内存。这甚至比同一个应用程序作为本机映像运行要少得多，该应用程序平均花费368 mb的内存。

但是，micronaut却非常浪费。在openjdk中运行的jpa实现平均使用880 mb，比spring的内存使用量高50％以上。但是，使用jdbc和本机映像有助于micronaut将其内存占用空间减少到367.8 mb。

结论

与spring和microprofile之类的现有框架相比，新的java框架micronaut和quarkus保证了更快的启动时间和更低的内存占用。

他们的确兑现了这一诺言-但只有在闲置或负载很小的情况下才可以。在这里，它们的性能优于spring，特别是将它们与本地graalvm图像结合使用时。但是，在高负载下，它们即使在作为本机映像运行时也无法提供太多优势。

到目前为止，spring在开发上给java开发者最佳体验，而且我认为它也仍然是最适合微服务应用程序的java框架（即使启动时的性能比较差）。

让我感到惊讶的是，使用hibernate / jpa / spring data的成本非常高。即使对于这个非常简单的应用程序，在内存（以及r/s）方面的开销也是巨大的。在这里，我特别喜欢micronaut data的解决方案，该解决方案无需jpa即可自动生成dao代码。我认为micronaut data以后可以添加到spring data方案中。

事实证明，本机graalvm映像在启动时具有令人难以置信的快速性和内存效率，但是在负载下，它们并没有明显的优势。由于本机graalvm的生成会带来一些额外的困难，并且编译时间会急剧增加，因此该技术目前仅在需要快速启动时才有用。例如在serviceless架构中。

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