Spring FuをGraalVMで動かす。起動速度に驚いた。

October 23, 2018
GraalVM
Spring-Fu
gRPC

Serverlessプラットフォームが注目される中、その潮流にJava勢も乗っかりたいので起動速度が速いと注目のGraalVMを試してみた。

モチベーション

GraalVMのアプリケーション起動までを理解したい。
GraalVMでSpring Fuを動したい。
GraalVMでHTTP/1.1とgRPCのエンドポイントが開いたサーバを動かしたい。

GraalVMコトハジメ

GraalVM周辺を理解する。

https://www.graalvm.org/

GraalVMとは

Polyglot VM。多言語用の仮想マシンである。
JavaのJVMもScala/Java/Kotlinの複数言語を実行できたがGraalVMはJavaScript、Python、Rubyなどの言語も実行できる。
KotlinでRubyの関数を呼び出すことが可能。
Twitterは本番環境に導入しているらしい。

GraalVMとGraal

GraalとGraalVMを混同してしまうが別物である。
GraalはJavaのJITエンジンの1つでGraalVMはJITコンパイラにGraalを使っている。
Java9のAOTコンパイラはGraalをつかっている。

AOTコンパイラ

GraalVMではAOTコンパイラをつかってnative imageを作れる。
これにより起動が爆速になる。
- JVMのJITコンパイラ（Just-in-time：実行時コンパイル）は実行時にコンパイルされるがAOTコンパイラ（Ahead-of-time：事前コンパイル）は事前コンパイルのため予めVM上で動く機械語にコンパイルされるため起動が速い。

GraalVMのメリット

多言語を１つのランタイムで動かせること。
デプロイ構成や監視体制など言語ごとに整える必要がなくなる。
起動が爆速。KnativeなどのServerlessプラットフォームと相性が良い。

GraalVMのデメリット

動的なクラスなクラスロードができない。
- https://github.com/oracle/graal/blob/master/substratevm/LIMITATIONS.md
- 起動が速いメリットにより生まれたデメリットである。
- 事前にコンパイルするため実行時に動的なクラス参照ができない。
- Springframeworkなどは痛手であるが回避方法はある。

GraalVMでSpring Fuを動かす

Spring Fuで実装したアプリケーションをGraalVMで動かす
サンプルで試したアプリケーションではHandlerをbean化しているがnativeイメージ化するためには一工夫必要である

native-imageのコマンド

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 native-image -H:Name=app \
  --delay-class-initialization-to-runtime=io.netty.handler.codec.http.HttpObjectEncoder,org.springframework.core.io.VfsUtils \
  -H:ReflectionConfigurationFiles=graal-app.json \
  -Dio.netty.noUnsafe=true \
  -H:+ReportUnsupportedElementsAtRuntime \
  -Dfile.encoding=UTF-8 -cp ".:$(echo spring-fu-on-graalvm/BOOT-INF/lib/*.jar | tr ' ' ':')":spring-fu-on-graalvm/BOOT-INF/classes me.soushin.app.ApplicationKt

-H:ReflectionConfigurationFiles=graal-app.jsonがポイントである。このjsonに次のようにbean化するクラスを定義する。

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  {
    "name": "me.soushin.app.EchoHandler",
    "allDeclaredConstructors": true
  }

こうすることでSpringの世界で bean<EchoHandler>()を読んでも動的クラス読み込みが成功する。

起動にかかった時間を確認する

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04:15:42.131 [main] INFO org.springframework.boot.SpringApplication 
  - Started application in 0.012 seconds (JVM running for 0.012)

0.012!! 爆速。

Spring Fuを動かしているレポジトリを公開しているのでソースとともに確認してほしい。

gRPCサーバは動くのか

こちらのレポジトリで試したがnative imageの生成時にエラーを確認した。

oracle/graalにissueを送ったので継続してgRPCサーバを動かすことにチャレンジしていきたい。

まとめ

GraalVMのコトハジメをまとめた。
JVMは起動速度がネックであったがServerlessプラットフォームに相性が良いGraalVMは利用が広がっていくのではないだろうか。
ビルドの工程にnativeイメージを固めることが加えられるので時間は増すが起動時間短縮のメリットがある。
実践導入に向けた試験など課題はあるがスモールなサービスから投入して慣らしていきたい。