🥇Kuidas Quarkus ühendab imperatiivse ja reaktiivse programmeerimise

Sel aastal plaanime tõsiselt arendada konteinerite teemasid, Cloud-Native Java ja Kubernetes. Loomulik jätk nendele teemadele on jutustamine raamistikust Quarkus, mida on juba tutvustatud Habré. Täna on artikkel pühendatud mitte niivõrd „subatomaarse üli kiire Java“ seadusele, kuivõrd sellele, millised perspektiivid Quarkus toob Enterprise'i.

Java ja JVM on endiselt äärmiselt populaarsed, kuid serveriteta tehnoloogiate ja pilvepõhiste mikroteenustega töötades kasutatakse Java't ja teisi JVM-i keeli järjest harvemini, kuna need kasutavad liiga palju mälu ja laaditakse liiga aeglaselt, mistõttu need ei sobi hästi lühiealiste konteinerite kasutamiseks. Õnneks hakkab praegune olukord tänu Quarkusele muutuma.

Üli kiire subatomaarne Java on saavutanud uue taseme!

42 versiooni, 8 kuud kogukonna tööd ja 177 hämmastavat arendajat – selle kõikide tulemuseks oli Quarkus 1.0 väljaandmine novembris 2019. Quarkus 1.0, väljaanne, mis tähistab olulist verstaposti projekti arengus ja pakub hulgaliselt lahedaid funktsioone ja võimalusi (täiendavat teavet nende kohta saab lugeda teated).

Täna räägime sellest, kuidas Quarkus ühendab imperatiivse ja reaktiivse programmeerimise mudelid ühtse reaktiivse tuuma põhjal. Alustame lühikese ajalooülevaatega ja seejärel vaatame põhjalikult, kus seisneb Quarkuse reaktiivse tuuma dualism ja kuidas Java-arendajad saavad neist eelistest kasu.

Mikroteenused, sündmustega juhitavate arhitektuuride ja serverless-funktsioonid – kõik see on tänapäeval, nagu öeldakse, tõusuteel. Hiljuti on pilvepõhiste arhitektuuride loomine muutunud palju lihtsamaks ja kättesaadavamaks, kuid probleemid jäävad – eriti Java arendajatele. Näiteks serverless-funktsioonide ja mikroteenuste puhul on äärmiselt oluline vähendada käivitusaega, vähendada mälu kasutust ja muuta nende arendamine mugavamaks ja meeldivamaks. Java on viimastel aastatel teinud mitmeid täiustusi, sealhulgas konteinerite toetava funktsionaalsuse ergonoomikat jne. Kuid enamasti ei ole Java sujuva töö saavutamine konteineris endiselt lihtne. Seetõttu alustame mõningate Java sisemiste keerukustega, mis ilmnevad eriti teravalt konteineripõhiste Java rakenduste arendamisel.

Alustame ajaloost.

Voogud ja konteinerid

Alates versioonist 8u131 on Java hakanud paremini toetama konteinerite kasutust, tänu ergonomika funktsionaalsuse parendustele. Eelkõige teab JVM nüüd, kui palju protsessori tuumasid see kasutab, ja saab vastavalt sellele kohandada lõime gruppe – enamasti fork/join gruppe. Muidugi on see suurepärane, kuid oletame, et meil on traditsiooniline veebirakendus, mis kasutab HTTP-servlette ja töötab Tomcatis, Jetty's jne. Tulemuseks on, et see rakendus eraldab igale päringule eraldi lõime ja võimaldab tal blokeerida selle lõime sisend-väljund operatsioonide ootel, näiteks andmebaasi, failide või teiste teenuste kutsumisel. See tähendab, et sellise rakenduse suurus ei sõltu kättesaadavate tuumade arvust, vaid samaaegsete päringute arvust. Lisaks tähendab see, et Kubernetes'i tuumade arvu kvoodid või piirangud ei aita siin eriti, ja asi lõppeb lõpuks throttling'uga.

Mälu ammendumine

Lõimed on mälu. Ja konteinerite sisemised mälu piirangud ei ole kaugeltki imerohi. Alustage rakenduste ja lõimede arvu suurendamist ja varem või hiljem seisate silmitsi kriitilise klõpsamissageduse kasvuga, mis omakorda toob kaasa jõudluse languse. Lisaks, kui rakendus kasutab traditsioonilisi mikroteenuste raamistikku või ühendub andmebaasidega, või kasutab cache'ingut, või tarbib kuidagi muul moel mälu, vajate kindlasti tööriista, mis võimaldab vaadata JVM-i sisse ja näha, kuidas ta mälu haldab, tapmata samas JVM-i (nt XX:+UseCGroupMemoryLimitForHeap). Ning kuigi alates Java 9-st on JVM õppinud tundma cgroup'e ja kohandub vastavalt, jääb mälu reserveerimine ja haldamine ikka üsna keeruliseks.

Kvoodid ja piirangud

Java 11-s lisandus CPU kvootide tugi (nt PreferContainerQuotaForCPUCount). Kubernetes pakub samuti toetust piirangutele ja kvootidele. Jah, see kõik on mõttekas, kuid kui rakendus jälle ületab määratud kvooti, jõuame jälle selleni, et suurus – nagu traditsiooniliste Java rakenduste puhul – määratakse tuumade arvu järgi, eraldades igale päringule eraldi lõime, see tähendab, et kogu sellest ei ole suurt kasu.
Lisaks, isegi kui kasutada Kubernetes'i aluseks olevat platvormi kvote ja limiite või horisontaalse (scale-out) skaleerimise funktsioone, ei lahenda probleem iseenesest. Me lihtsalt kulutame rohkem ressursse algse probleemi lahendamiseks või lõpuks jääme ressursse üle. Ja kui see on kõrge koormusega süsteem avalikus pilves, hakkame peaaegu kindlasti kasutama rohkem ressursse, kui tegelikult vajalik on.

Ja mida kõigega sellega teha?

Lihtsalt öeldes, tuleks kasutada asünkroonseid ja blokeerimata sisendi-väljundi teeke ning raamistikke nagu Netty, Vert.x või Akka. Need sobivad konteinerites töötamiseks palju paremini oma reaktiivse olemuse tõttu. Blokeerimata sisendi-väljundi tõttu saab sama niidi töötleja korraga töödelda mitmeid samaaegseid päringuid. Samal ajal kui üks päring ootab sisendi-väljundi tulemusi, vabastatakse selle töötlev niit ja asub teise päringu juurde. Ja kui sisendi-väljundi tulemused lõpuks saadakse, jätkub esimese päringu töötlemine. Korrates päringute töötlemist ühe ja sama niidi raames, saab vähendada üldiste niitide arvu ja vähendada päringute töötlemise jaoks vajalike ressursside kulu.

Blokeerimata sisendi-väljundi korral muutub protsessorite arv kriitiliseks parameetriks, kuna see määrab sisendi-väljundi niitide arvu, mida saab samaaegselt töödelda. Õige kasutamise korral võimaldab see tõhusalt jaotada koormust protsessorite vahel ja hallata suuremaid koormusi väiksema ressursikasutusega.

Kuidas, ja kas see on kõik?

Ei, on veel midagi. Reaktiivne programmeerimine aitab paremini kasutada ressursse, kuid sellel on ka oma hind. Eelkõige tuleb kood ümber kirjutada vastavalt blokeerimise vältimise põhimõtetele ja vältida sisendi-väljundi niitide blokeerimist. Ja see on hoopis teine arendamise ja täitmise mudel. Ja kuigi seal on palju kasulikke teeke, on see ikkagi radikaalne muutus harjumuspärastest mõttemustritest.

Esiteks peate õppima kirjutama koodi, mis töötab asünkroonselt. Kui hakkate kasutama blokeerimata sisend-väljundit, peate selgelt määrama, mis peaks toimuma vastuse saamisel päringule. Lihtsalt blokeerida ja oodata enam ei saa. Selle asemel võite edastada tagasiside, kasutada reaktiivprogrammeerimist või continuation-i. Kuid see pole veel kõik: blokeerimata sisend-väljundi kasutamiseks vajate ka blokeerimata servereid ja kliente, eelistatult igal pool. HTTP puhul on kõik lihtne, kuid on veel andmebaasid, failisüsteemid ja palju muud.

Ja kuigi totaalne läbipaistev reaktiivsus pakub maksimaalset efektiivsust, võib selline muutus olla praktikas raske seedida. Seetõttu muutub reaktiivse ja imperatiivse koodi kombineerimise võimalus hädavajalikuks, et:

Tõhusalt kasutada ressursse kõige koormatumates programmide süsteemides;
Kasutada lihtsamat stiili koodi ülejäänud osades.

Tutvustame Quarkust

Otsustav ongi see, et Quarkus ühendab reaktiivsed ja imperatiivsed mudelid ühes täitmiskeskkonnas.

Quarkuse aluseks on Vert.x ja Netty, mille peal on rida reaktiivseid raamistikke ja laiendusi, mis aitavad arendajal. Quarkus on mõeldud mitte ainult HTTP-mikroteenuste, vaid ka sündmustega juhitud arhitektuuride loomiseks. Tänu oma reaktiivsele iseloomule töötab see väga tõhusalt sõnumite edastamise süsteemidega (Apache Kafka, AMQP jms).

Kõik on hõlmatud selles, kuidas kasutada ühte ja sama reaktiivset mootorit nii imperatiivse kui ka reaktiivse koodi jaoks.

Quarkus lahendab selle suurepäraselt. Valik imperatiivse ja reaktiivse vahel on selge – kasutada reaktiivset tuuma nii ühe kui teise jaoks. Ja see, millega see tõeliselt aitab, on kiire mitteblokeeriv kood, mis töötleb peaaegu kõike, mis läbib sündmuste tsükli (event-loop thread, tuntud ka kui IO thread). Kuid kui teil on klassikalised REST-iga rakendused või kliendipoolseid rakendusi, on Quarkusel valmis imperatiivne programmeerimisviis. Näiteks HTTP tugi Quarkuses põhineb mitteblokeeriva ja reaktiivse mootori (Eclipse Vert.x ja Netty) kasutamisel. Kõik HTTP päringud, mis teie rakendusse jõuavad, läbivad esmalt sündmuste tsükli (IO Thread) ja seejärel saadetakse koodiosale, mis haldab päringuid. Sõltuvalt sihtkohast võib päringute haldamise kood käivituda eraldi lõimes (nii tuntud worker thread, mis on kasutusel servletite ja Jax-RS puhul) või kasutada algset sisend-väljundit (reaktiivne marsruut).

Sõnumite edastamise süsteemide konnektorite jaoks kasutatakse mitteblokeerivaid kliente, mis töötavad Vert.x mootori peal. Seega saate tõhusalt saata, vastu võtta ja töödelda sõnumeid sõnumite vahendusklassi süsteemidest.

Meie veebisaidil Quarkus.io on koostatud mitu head juhendit, mis aitavad Quarkusega alustada:

Lisaks oleme ette valmistanud veebipõhised praktilised kursused, et tutvuda reaktiivse programmeerimise erinevate aspektidega, kusjuures nende läbimiseks on vajalik ainult brauser, ei ole vaja IDE-d, samuti ei ole vajalik arvuti. Need kursused leiate siin.

Kasulikud ressursid

4 põhjust, miks proovida Quarkust
Quarkuse projekti koduleht on quarkus.io
Quarkuse projekt GitHubis on github.com/quarkusio/quarkus
Quarkuse projekti Twitteri konto on twitter.com/QuarkusIO
Quarkuse projekti vestlus on quarkusio.zulipchat.com
Quarkuse projekti foorumid on groups.google.com/forum/#!forum/quarkus-dev

10 videoõpetust Quarkuse kohta teema selgitamiseks

Nagu veebilehel kirjutatakse Quarkus.io, Quarkus , which combines Kubernetes-orienteeritud Java-stek, mis on kohandatud GraalVM-i ja OpenJDK HotSpot-i ning koosneb parimatest Java teekidest ja standarditest.

Teema selgitamiseks oleme välja valinud 10 videoõpetust, kus käsitletakse Quarkuse erinevaid aspekte ning näidatakse selle kasutamise näiteid:

1. Tutvustame Quarkust: uue põlvkonna Java raamistik Kubernetes'e jaoks

Autorid: Thomas Qvarnstrom ja Jason Greene
Quarkus projekti eesmärk on luua Java platvorm Kubernetes ja serverless keskkondade jaoks ning ühendada reaktiivsed ja imperatiivsed programmeerimise mudelid ühes käituskeskkonnas, et arendajad saaksid paindlikult varieerida lähenemist laia valiku jaotatud rakenduste arhitektuuride puhul. Lisateavet leiate allolevast sissejuhatavast loengust.

2. Quarkus: ülikiire subaatomaarne Java

Autor: Burr Sutter
Veebiloeng DevNation Live näitab, kuidas kasutada Quarkust ettevõtte Java rakenduste, API-de, mikroteenuste ja serverless funktsioonide optimeerimiseks Kubernetes/OpenShift keskkonnas, muutes need palju väiksemaks, kiiremaks ja skaleeritavamaks.

3. Quarkus ja GraalVM: sundime Hibernate kiireks ja surume subaatomaarsetesse mõõtmetesse

Autor: Sanne Grinovero
Esitluses saate teada, kuidas Quarkus tekkis, kuidas see töötab ja kuidas see muudab keerukad raamatukogud, nagu Hibernate ORM, GraalVM-i natiivpiltidega ühilduvaks.

4. Õpime looma serverless rakendusi

Autor: Marthen Luther
Allolevas videos näidatakse, kuidas luua lihtne Java rakendus Quarkuse abil ja juurutada see serverless rakendusena Knative'is.

5. Quarkus: kodutöödega nauditavamalt

Autor: Edson Yanaga
Samm-sammuline juhend teie esimese Quarkus projekti loomiseks, et mõista, miks Quarkus võidab arendajate südamed.

6. Java ja konteinerid – milline saab olema nende ühistulevik

Autor: Mark Little
See esitlus tutvustab Java ajalugu ja selgitab, miks Quarkus on Java tulevik.

7. Quarkus: ülikiire subaatomaarne Java

Autor: Dimitris Andreadis
Ülevaade Quarkuse eelistest, mis on arendajate seas tunnustatud: lihtsus, ülim kiirus, parimad raamatukogud ja standardid.

8. Quarkus ja subaatomaarne reaktiivne süsteem

Autor: Clement Escoffier
GraalVM-i integreerimise tõttu pakub Quarkus ülimalt kiiret arenduskogemust ja subaatomaarset käituskeskkonda. Autor räägib Quarkuse reaktiivsest poolest ja sellest, kuidas seda kasutada reaktiivsete rakenduste ja andmevoogude rakenduste loomisel.

9. Quarkus ja rakenduste kiire arendamine Eclipse MicroProfile'is

Autor: John Clingan
Kombineerides Eclipse MicroProfile'i ja Quarkuse, saavad arendajad luua täisfunktsionaalseid MicroProfile konteinerirakendusi, mis käivituvad vaid mõne kümne millisekundi jooksul. Videos käsitletakse üksikasjalikult, kuidas kodeerida MicroProfile konteinerirakendust Kubernetes platvormile juurutamiseks.

10. Java, versioon "Turbo"

Autor: Markus Biel
Autor näitab, kuidas kasutada Quarkust superväikeste ja superkiirete Java konteinerite loomiseks, mis võimaldavad tõelist läbimurret, eriti serverless keskkondades.