🥇Quarkus が命令型プログラミングとリアクティブプログラミングをどのように組み合わせるか

今年はコンテナテーマを本格的に開発する予定です。クラウドネイティブ Java и Kubernetes。これらのトピックの論理的な続きは、Quarkus フレームワークに関する話になります。考慮されたハブレで。今日の記事は、「亜原子超高速 Java」の設計についてではなく、Quarkus が Enterprise にもたらす約束についてです。

Java と JVM は依然として非常に人気がありますが、サーバーレステクノロジやクラウドネイティブのマイクロサービスを使用する場合、Java やその他の JVM 言語はメモリ空間を占有しすぎ、読み込みが遅すぎるため、ますます使用されなくなりました。寿命の短いコンテナでの使用にはあまり適していません。幸いなことに、Quarkus のおかげで、この状況は変わり始めています。

超高速のサブアトミック Java が新たなレベルに到達しました。

42 のリリース、8 か月のコミュニティ作業、177 人の素晴らしい開発者 - そのすべての結果が 2019 年 XNUMX 月のリリースとなりました。クォーカス 1.0、プロジェクトの開発における重要なマイルストーンを示すリリースであり、多くの優れた機能と機能を提供します (詳細については、「発表).

今日は、Quarkus が命令型プログラミングモデルとリアクティブプログラミングモデルを単一のリアクティブコアに結合する方法を説明します。まず簡単な歴史から始めて、Quarkus のリアクティブコア二元論とは何か、またその仕組みについて詳しく説明します。 Java- 開発者はこれらの利点を活用できます。

マイクロサービス, イベント駆動型アーキテクチャ и サーバーレス-機能 – 彼らが言うように、これらすべてが今日増加しています。最近、クラウド中心のアーキテクチャの作成は非常に簡単になり、アクセスしやすくなりましたが、特に Java 開発者にとっては問題が残っています。たとえば、サーバーレス機能やマイクロサービスの場合、起動時間を短縮し、メモリ消費量を削減しながら、開発をより便利で楽しいものにすることが急務となっています。 Java は近年、コンテナの人間工学機能の改善など、いくつかの改善を行ってきました。ただし、Java をコンテナ内で適切に動作させるのは依然として困難です。そこで、まず、Java に固有の複雑さのいくつかを見ていきます。これは、コンテナー指向の Java アプリケーションを開発する場合に特に深刻になります。

まず、歴史を見てみましょう。

ストリームとコンテナ

バージョン 8u131 以降、人間工学機能の改善により、Java は多かれ少なかれコンテナをサポートするようになりました。特に、JVM は実行中のプロセッサコアの数を認識し、それに応じてスレッドプール (通常はフォーク/ジョインプール) を構成できるようになりました。もちろん、これは素晴らしいことですが、HTTP サーブレットを使用し、Tomcat、Jetty などで実行される従来の Web アプリケーションがあるとします。その結果、このアプリケーションは各リクエストに個別のスレッドを与え、I/O 操作を待機している間 (データベース、ファイル、またはその他のサービスにアクセスするときなど)、このスレッドをブロックできるようにします。つまり、そのようなアプリケーションのサイズは、利用可能なコアの数ではなく、同時リクエストの数に依存します。さらに、これは、Kubernetes のコア数に関するクォータや制限がここではあまり役に立たず、問題は最終的にはスロットルに終わることを意味します。

メモリ不足

スレッドはメモリです。また、コンテナ内メモリの制限は決して万能薬ではありません。アプリケーションとスレッドの数を増やし始めると、遅かれ早かれスイッチング頻度が大幅に増加し、その結果、パフォーマンスが低下することになります。また、アプリケーションが従来のマイクロサービスフレームワークを使用している場合、データベースに接続している場合、キャッシュを使用している場合、またはその他の方法でメモリを使い果たしている場合は、明らかに JVM の内部を調べて、JVM を強制終了せずにメモリをどのように管理しているかを確認できるツールが必要です。 JVM 自体 (XX:+UseCGroupMemoryLimitForHeap など)。 Java 9 以降、JVM は cgroup を受け入れ、それに応じて適応することを学習しましたが、メモリの予約と管理は依然としてかなり複雑な問題です。

割り当てと制限

Java 11 では、CPU クォータ (PreferContainerQuotaForCPUCount など) のサポートが導入されました。 Kubernetes は、制限とクォータのサポートも提供します。はい、これはすべて理にかなっていますが、アプリケーションが再び割り当てられたクォータを超えると、従来の Java アプリケーションの場合と同様に、サイズはコアの数とコアごとに個別のスレッドの割り当てによって決まります。要求した場合、これにはほとんど意味がありません。
さらに、クォータと制限、または Kubernetes の基盤となるプラットフォームのスケールアウト機能を使用している場合も、問題は自動的に解決されません。単に元の問題を解決するためにより多くのリソースを費やすか、過剰な費用を費やしてしまうだけです。また、パブリックパブリッククラウド内の高負荷システムの場合は、ほぼ確実に、実際に必要以上のリソースを使用することになります。

そして、これらすべてをどうすればよいでしょうか？

簡単に言うと、Netty などの非同期でノンブロッキングの I/O ライブラリとフレームワークを使用します。 Vert.x アッカとか。反応性があるため、コンテナ内での作業に非常に適しています。ノンブロッキング I/O のおかげで、同じスレッドで複数の同時リクエストを処理できます。 XNUMX つのリクエストが I/O 結果を待っている間、それを処理しているスレッドは解放され、別のリクエストに引き継がれます。そして、最終的に I/O 結果が到着すると、最初のリクエストの処理が続行されます。同じスレッド内でリクエストをインターリーブ処理することで、スレッドの総数を減らし、リクエストの処理にかかるリソースの消費量を削減できます。

ノンブロッキング I/O では、並行して実行できる I/O スレッドの数が決定されるため、コアの数が重要なパラメーターになります。これを正しく使用すると、コア間で負荷を効果的に分散し、より少ないリソースでより高いワークロードを処理できるようになります。

どうやって、それだけですか？

いいえ、他に何かあります。リアクティブプログラミングはリソースを有効に活用するのに役立ちますが、代償も伴います。特に、ノンブロッキングの原則に従ってコードを書き直し、I/O スレッドのブロックを回避する必要があります。そして、これは開発と実行のまったく異なるモデルです。ここには便利なライブラリがたくさんありますが、それでも通常の考え方では根本的な変化です。

まず、非同期で実行されるコードの書き方を学ぶ必要があります。ノンブロッキング I/O の使用を開始したら、リクエストに対する応答を受信したときに何が起こるかを明示的に指定する必要があります。単にブロックして待つだけでは機能しなくなります。代わりに、コールバックを渡したり、リアクティブプログラミングや継続を使用したりできます。しかし、それだけではありません。ノンブロッキング I/O を使用するには、ノンブロッキングサーバーとクライアントの両方が、できればどこでも必要です。 HTTP の場合はすべてが単純ですが、データベースやファイルシステムなどもあります。

また、エンドツーエンドの反応性を総合すると効率が最大化されますが、実際にはこのような変化に対処するのは困難です。したがって、次のことを行うには、リアクティブコードと命令型コードを組み合わせる機能が前提条件になります。

ソフトウェアシステムの最も負荷のかかる領域のリソースを効果的に使用します。
残りの部分では、より単純なスタイルコードを使用します。

クオークスの紹介

実際、これが Quarkus の本質であり、単一のランタイム環境内でリアクティブモデルと命令型モデルを組み合わせるということです。

Quarkus は Vert.x と Netty をベースにしており、開発者を支援するさまざまなリアクティブフレームワークと拡張機能がその上に組み込まれています。 Quarkus は、HTTP マイクロサービスだけでなく、イベント駆動型のアーキテクチャも構築できるように設計されています。その反応的な性質により、メッセージングシステム (Apache Kafka、AMQP など) と非常に効果的に機能します。

重要なのは、命令型コードとリアクティブコードの両方に同じリアクティブエンジンを使用する方法です。

Quarkus はこれを見事に実行します。命令型とリアクティブのどちらを選択するかは明らかです。両方にリアクティブカーネルを使用してください。これが本当に役立つのは、イベントループスレッド (別名 IO スレッド) を通過するほぼすべてのものを処理する、高速でノンブロッキングのコードです。ただし、古典的な REST またはクライアント側アプリケーションがある場合、Quarkus には命令型プログラミングモデルが用意されています。たとえば、Quarkus での HTTP サポートは、ノンブロッキングでリアクティブなエンジン (Eclipse Vert.x および Netty) の使用に基づいています。アプリケーションが受信したすべての HTTP リクエストは、まずイベントループ (IO スレッド) を通過し、次にリクエストを管理するコードの部分に送信されます。宛先に応じて、リクエスト管理コードは別のスレッド (サーブレットや Jax-RS の場合に使用される、いわゆるワーカースレッド) 内で呼び出すことも、ソース I/O スレッド (リアクティブルート) を使用することもできます。

メッセージングシステムコネクタは、Vert.x エンジン上で実行されるノンブロッキングクライアントを使用します。したがって、メッセージングミドルウェアシステムからのメッセージを効果的に送信、受信、処理できます。

サイト Quarkus.io Quarkus を使い始めるのに役立ついくつかの優れたチュートリアルを次に示します。

また、IDE やコンピューターを必要とせず、ブラウザだけでリアクティブプログラミングのさまざまな側面を学べるオンラインの実践チュートリアルも作成しました。これらのレッスンを見つけることができますここで.

役に立つリソース

Quarkus を試す 4 つの理由
Quarkus プロジェクトの Web サイト – quarkus.io
GitHub 上の Quarkus プロジェクト – github.com/quarkusio/quarkus
クォーカスプロジェクトTwitter – twitter.com/QuarkusIO
Quarkusプロジェクトチャット – quarkusio.zulipchat.com
Quarkus プロジェクトフォーラム – groups.google.com/forum/#!フォーラム/quarkus-dev

Quarkus のトピックに慣れるための 10 のビデオレッスン

彼らがウェブサイトで言っているように、 Quarkus.io, クォークス - ある Kubernetes指向の Java スタック。GraalVM および OpenJDK HotSpot 向けに調整され、最高の Java ライブラリと標準から組み立てられています。

このトピックの理解を助けるために、Quarkus のさまざまな側面とその使用例をカバーする 10 のビデオチュートリアルを選択しました。

1. Quarkus の紹介: Kubernetes 用の次世代 Java フレームワーク

トーマス・クヴァーンストロムとジェイソン・グリーン著
Quarkus プロジェクトの目標は、Kubernetes およびサーバーレス環境用の Java プラットフォームを作成し、リアクティブプログラミングモデルと命令型プログラミングモデルを XNUMX つのランタイム環境に統合して、開発者が幅広い分散アプリケーションアーキテクチャを操作する際にアプローチを柔軟に変更できるようにすることです。詳細については、以下の入門講義をご覧ください。

2. Quarkus: 超高速サブアトミック Java

投稿者: バーサッター
DevNation Live のこのビデオチュートリアルでは、Quarkus を使用して、Kubernetes/OpenShift 環境でエンタープライズ Java アプリケーション、API、マイクロサービス、サーバーレス機能を最適化し、それらをより小さく、より高速に、よりスケーラブルにする方法を示しています。

3. Quarkus と GraalVM: Hibernate を超高速に高速化し、サブアトミックサイズに縮小

著者: サンネ・グリノヴェロ
このプレゼンテーションでは、Quarkus がどのように誕生し、どのように機能するか、また Quarkus を使用して Hibernate ORM などの複雑なライブラリを作成し、ネイティブ GraalVM イメージと互換性を持たせる方法を学びます。

4. サーバーレスアプリケーションの開発を学ぶ

著者: マルティン・ルーサー
以下のビデオは、Quarkus を使用して単純な Java アプリケーションを作成し、それを Knative にサーバーレスアプリケーションとしてデプロイする方法を示しています。

5. Quarkus: コーディングを楽しんでください

著者: エドソン・ヤナガ
初めての Quarkus プロジェクトを作成するためのビデオガイド。Quarkus が開発者の心を掴む理由を理解できます。

6. Java とコンテナ - 両者の将来はどうなるか

投稿者: マーク・リトル
このプレゼンテーションでは、Java の歴史を紹介し、Quarkus が Java の未来である理由を説明します。

7. Quarkus: 超高速サブアトミック Java

著者: ディミトリス・アンドレアディス
シンプルさ、超高速、最高のライブラリと標準など、開発者から認められている Quarkus の利点の概要。

8. クォーカスと亜原子ロケットシステム

著者: クレマン・エスコフィエ
GraalVM との統合により、Quarkus は超高速開発エクスペリエンスとサブアトミックランタイム環境を提供します。著者は、Quarkus のリアクティブな側面と、それを使用してリアクティブなストリーミングアプリケーションを構築する方法について語ります。

9. Quarkus と Eclipse MicroProfile での迅速なアプリケーション開発

著者: ジョンクリンガン
Eclipse MicroProfile と Quarkus を組み合わせることで、開発者は数十ミリ秒で起動するフル機能のコンテナ化された MicroProfile アプリケーションを作成できます。このビデオでは、Kubernetes プラットフォームにデプロイするためにコンテナー化された MicroProfile アプリケーションをコーディングする方法について詳しく説明します。

10. Java、「ターボ」バージョン

著者: マーカス・ビール
著者は、Quarkus を使用して、特にサーバーレス環境で真のブレークスルーを可能にする超小型で超高速の Java コンテナを作成する方法を示します。

出所： habr.com

Quarkus が命令型プログラミングとリアクティブ プログラミングをどのように組み合わせるか