秒杀springboot——未来轻量级高性能的Java云原生微服务框架来啦

引子

自2003年Rod、Juergen 和 Yann开发并发布Spring项目后，J2EE 迎来了新的开始。在 2013 年初Spring Boot 项目横空出世，Spring 的 Web 应用体系结构得以大大简化。在好未来的Java研发伙伴的实践中，越来越多的团队开始使用Springboot及SpringCloud。

那么除了Spring家族，还有没有更好的web开发框架呢？特别是在云时代和Docker化时代的当下，有没有更贴合技术发展方向的web框架呢？当然有！本文笔者就带大家走出低头走路的状态，抬头看天看未来。这就是秒杀Springboot，具有表征未来趋势的轻量级高性能Java云原生微服务框架light-4j！

light-4j简介

light-4j（官网地址：https://doc.networknt.com/）于2016年在GitHub（GitHub地址：https://github.com/networknt/light-4j）首发的框架。light-4j是一个快速、轻量级的云原生微服务框架，其主要设计目标是高吞吐量、低延迟和小内存占用。快速而小的内存占用，可以为企业降低成本，这也是其未来发展空间广阔的原因之一。

大家有木有想过这个框架为什么会叫light-4j呢？light有光的意思，也有闪电的意思，在这里意译为闪电，闪电就意味着很轻量级、有闪电般的速度，4j其实就是for java的简写，换言之框架基于Java SE （Java 8） 实现。

那么light-4j有多快呢？light-4j比最流行的微服务平台Spring Boot（嵌入式Tomcat的形式）快44倍，并且只使用其1 / 5的内存！惊不惊喜，意不意外？！我们可以从benchmark 的性能测试报告，来一探light-4j与 Spring Boot 及其他微服务平台的比较结果：

Framework	Language	Max Throughput	Avg Latency	Transfer
Go FastHttp	Go	1,396,685.83	99.98ms	167.83MB
Light-4j	Java	1,344,512.65	2.36ms	169.25MB
ActFramework	Java	945,429.13	2.22ms	136.15MB
Go Iris	Go	828,035.66	5.77ms	112.92MB
Vertx	Java	803,311.31	2.37ms	98.06MB
Node-uws	Node/C++	589,924.44	7.22ms	28.69MB
Dotnet	.Net	486,216.93	2.93ms	57.03MB
Jooby/Undertow	Java	362,018.07	3.95ms	47.99MB
SeedStack-Filter	Java	343,416.33	4.41ms	51.42MB
Spring Boot Reactor	Java	243,240.17	7.44ms	17.86MB
Pippo-Undertow	Java	216,254.56	9.80ms	31.35MB
Spark	Java	194,553.83	13.85ms	32.47MB
Pippo-Jetty	Java	178,055.45	15.66ms	26.83MB
Play-Java	Java	177,202.75	12.15ms	21.80MB
Go HttpRouter	Go	171,852.31	14.12ms	21.14MB
Go Http	Go	170,313.02	15.01ms	20.95MB
JFinal	Java	139,467.87	11.89ms	29.79MB
Akka-Http	Java	132,157.96	12.21ms	19.54MB
RatPack	Java	124,700.70	13.45ms	10.82MB
Pippo-Tomcat	Java	103,948.18	23.50ms	15.29MB
Bootique + Jetty/Jersey	Java	65,072.20	39.08ms	11.17MB
SeedStack-Jersey2	Java	52,310.11	26.88ms	11.87MB
Baseio	Java	50,361.98	22.20ms	6.39MB
NinjaFramework	Java	47,956.43	55.76ms	13.67MB
Play 1	Java	44,491.87	10.73ms	18.75MB
Spring Boot Undertow	Java	44,260.61	38.94ms	6.42MB
Nodejs Express	Node	42,443.34	22.30ms	9.31MB
Dropwizard	Java	33,819.90	98.78ms	3.23MB
Spring Boot Tomcat	Java	33,086.22	82.93ms	3.98MB
Node-Loopback	Node	32,091.95	34.42ms	11.51MB
Payra Micro	Java	24,768.69	118.86ms	3.50MB
WildFly Swarm	Java	21,541.07	59.77ms	2.83MB

除了Springboot，我们还可以将light-4j和其他 web 框架的对比，从结果看light-4j足以吊打 Spring 等各种框架！

light-4j的特性

light-4j提供了丰富的特性，包含启动/关闭钩子和各种中间件的插件架构。具体细节汇总如下：

1）集成了分布式OAuth2 JWT安全验证

2）基于OpenAPI规范进行请求和响应验证

3）收集测量指标并支持服务和客户端在控制台显示

4）全局运行时异常处理，如API异常及其他受检查异常

5）在日志输出前加密敏感数据，如：信用卡、SIN号等

6）为请求参数、请求头、BODY清除跨站攻击脚本

7）重要信息或整个请求/响应的审计

8）请求体支持各种类型的content-type

9）配置标准化响应码及响应消息

10）支持外部配置化Docker环境所有模块

11）来自其他域名的跨域处理支持

12）对外提供的服务限速处理服务发现与注册支持直连

13）Consul和Zookeeper客户端侧的发现和负载平衡

14）消除代理层与Light-OAuth2紧密集成并支持可跟踪性

light-4j采用设计和测试驱动开发的方式来提高生产率。light-4j设计了OpenAPI规范并从中生成服务，该规范也是在运行时驱动安全验证和请求验证的框架的一部分。为了实现高质量产品的测试驱动，light-4j采用单元/端到端测试存根的形式。

此外light-4j内置的DevOps流程支持持续集成到生产中，light-4j可以生成Dockerfile和DevOps支持文件，以支持文档化和持续集成到生产中。

light-4j的组成

和springcloud一样，light-4j也是多个组件构成。常见的有5种不同类型微服务的多个框架，分别是：

1）light-rest-4j是一个RESTful微服务框架，具有OpenAPI规范，用于代码生成、运行时安全性和验证。

2）light-graphql-4j是一个graphql微服务框架，支持从IDL和插件生成模式。

3）light-hybrid-4j是一个混合微服务框架，它利用了单体服务和微服务体系结构的优势。

4）light-eventuate是一个基于Kafka、事件源和CQRS的基于消息传递的微服务框架。

除了上述常见的框架，还有其他几款框架可供选型，分别汇总如下：

1）Light-tram-4j： 保证服务之间的事务性消息/命令/事件的传递

2）Light-eventuate-4j ： 基于事件源和CQRS的最终一致性框架

3）Light-saga-4j： 跨多个微服务管理分布式事务的saga实现

4）Light-spring-boot ： 在spring-boot 中利用light-4j中间件处理程序

5）Light-session-4j ： 支持服务器集群的分布式会话管理器( Redis、Hazelcast、JDBC )

6）Light-spa-4j ：一组用于单页应用程序的中间件处理程序。

light-4j也支持Web Server 和WebSocket，其中 Web Server用于提供静态内容和应用程序接口网络服务器 ，WebSocket 支持客户端对客户端或客户端对服务器通信的WebSocket服务。

目前light-4j建立比较完备的基础设施服务，现已集成Consul 、Kafka、Elasticsearch、InfluxDB 、Prometheus、Kubernetes、Openshift 等，并已经构建一些通用service，如：

1）Light-oauth2 ：为微服务提供OAuth 2.0服务；

2）Light-portal ：集成所有服务以管理服务生命周期的门户用户界面；

3）Light-router ：配合外部客户端或未在Java 8及更高版本中实现的客户端；

4）Light-proxy ：部署在遗留应用程序之前，以解决交叉问题；

5）Light-config-server ：集中式配置和秘钥管理服务；

6）Light-tokenization ：在将信息发送到公司网络之外之前，标记敏感信息。

light-4j提供的构建工具有：

<!--[if !supportLists]-->1）<!--[endif]-->Light-bot ：基于微服务的DevOps代理，处理多个代码库和依赖关系；

<!--[if !supportLists]-->2）<!--[endif]-->Light-codegen ：代码生成器；

3）Swagger-bundler：  一个实用程序，将多个Swagger规范文件合并到一个解析了外部引用的文件中；

4）Openapi-bundler： 一个实用程序，将多个OpenAPI规范文件合并到一个解析了外部引用的文件中。

为了丰富其生态系统，light-4j正在逐步支持多语言。目前对Java语系的支持最好，当前的所有开源框架都是用Java构建的， Nodejs框架也正在开发中。

light-4j的使用

使用light-4j前，需进行环境准备，主要依赖的环境有JDK 8 、Git、maven、Docker。

我们可以通过light-codegen生成一个工作项目。目前，它支持light-rest-4j, light-graphql-4j, light-hybrid-server-4j and light-hybrid-service-4j。在GitHub的项目中，light-codegen项目的README.md通过示例描述了使用生成器的四种方法，笔者建议使用light-codegen的命令行的形式生成代码。

我们可以克隆或下载light-example-4j项目，删除或重命名petstore 文件夹，并进入networknt，通过运行命令：

java -jar light-codegen/codegen-cli/target/codegen-cli.jar -f openapi -o light-example-4j/rest/openapi/petstore -m model-config/rest/openapi/petstore/1.0.0/openapi.json -c model-config/rest/openapi/petstore/1.0.0/config.json 来生产工程。

config.json描述了工程的生成配置文件

{

"name": "petstore",

"version": "3.0.1",

"groupId": "com.networknt",

"artifactId": "petstore",

"rootPackage": "com.networknt.petstore",

"handlerPackage":"com.networknt.petstore.handler",

"modelPackage":"com.networknt.petstore.model",

"overwriteHandler": true,

"overwriteHandlerTest": true,

"overwriteModel": true,

"httpPort": 8080,

"enableHttp": false,

"httpsPort": 8443,

"enableHttps": true,

"enableHttp2": true,

"enableRegistry": false,

"supportDb": false,

"supportH2ForTest": false,

"supportClient": false,

"dockerOrganization": "networknt"

}

工程生成完毕后，我们可以基于maven构建打包项目（暂不支持Gradle，后续会支持Gradle ）。我们将目录切换到light-example-4j/rest/openapi/petstore下，在DOS界面运行命令：

mvn install exec:exec

即可启动服务，此时服务的访问端口是8443（详见配置中的  "httpsPort": 8443），同时支持HTTP和HTTPS协议。而服务器的配置信息可以在server.yml进行配置，server.yml常用的字段如下：

# This is the default binding address if the service is dockerized.

ip: 0.0.0.0

# Http port if enableHttp is true. It will be ignored if dynamicPort is true.

httpPort:  8080

# Enable HTTP should be false by default. It should be only used for testing with clients or tools that don't support https or very hard to import the certificate.

enableHttp: false

# Https port if enableHttps is true. It will be ignored if dynamicPort is true.

httpsPort:  8443

# Enable HTTPS should be true on official environment and most dev environments.

enableHttps: true

# Http/2 is enabled by default for better performance and it works with the client module

enableHttp2: true

# Keystore file name in config folder. KeystorePass is in secret.yml to access it.

keystoreName: tls/server.keystore

# Flag that indicate if two way TLS is enabled. Not recommended in docker container.

enableTwoWayTls: false

# Truststore file name in config folder. TruststorePass is in secret.yml to access it.

truststoreName: tls/server.truststore

# Unique service identifier. Used in service registration and discovery etc.

serviceId: com.networknt.petstore-1.0.1

# Flag to enable self service registration. This should be turned on on official test and production. And dyanmicPort should be enabled if any orchestration tool is used like Kubernetes.

enableRegistry: false

# Dynamic port is used in situation that multiple services will be deployed on the same host and normally

# you will have enableRegistry set to true so that other services can find the dynamic port service. When

# deployed to Kubernetes cluster, the Pod must be annotated as hostNetwork: true

dynamicPort: false

# Minimum port range. This define a range for the dynamic allocated ports so that it is easier to setup

# firewall rule to enable this range. Default 2400 to 2500 block has 100 port numbers and should be

# enough for most cases unless you are using a big bare metal box as Kubernetes node that can run 1000s pods

minPort: 2400

# Maximum port rang. The range can be customized to adopt your network security policy and can be increased or

# reduced to ease firewall rules.

maxPort: 2500

# environment tag that will be registered on consul to support multiple instances per env for testing.

# https://github.com/networknt/light-doc/blob/master/docs/content/design/env-segregation.md

# This tag should only be set for testing env, not production. The production certification process will enforce it.

# environment: test1

我们可以通过访问测试URL来验证服务是否启动成功，如通过命令：

curl -k https://localhost:8443/v1/pets/111

如果服务器启动成功，则服务器返回类似结果：

{"id":1,"name":"Jessica Right","tag":"pet"}

基于light-4j的业务代码编写

我们以常见的controller-service模式来看一下light-4j框架下代码的编写。

controller入口demo代码如下：

package com.networknt.database;

import com.networknt.server.HandlerProvider;

import io.undertow.Handlers;

import io.undertow.server.HttpHandler;

import io.undertow.util.Methods;

import com.networknt.info.ServerInfoGetHandler;

import com.networknt.database.handler.*;

public class PathHandlerProvider implements HandlerProvider {

@Override

public HttpHandler getHandler() {

return Handlers.routing()

.add(Methods.GET, "/v1/queries", new QueriesGetHandler())

.add(Methods.GET, "/v1/query", new QueryGetHandler())

.add(Methods.GET, "/v1/server/info", new ServerInfoGetHandler())

.add(Methods.GET, "/v1/updates", new UpdatesGetHandler())

;

}

}

我们可以看到，light-4j将URL的映射放到了HandlerProvider的接口实现类中集中配置。

那么多个路径对应的Handler是如何编写的呢？以“  .add(Methods.GET, "/v1/updates", new UpdatesGetHandler())”中的UpdatesGetHandler类为例，代码如下：

package com.networknt.database.handler;

import io.undertow.server.HttpHandler;

import io.undertow.server.HttpServerExchange;

import io.undertow.util.HttpString;

import java.util.HashMap;

import java.util.Map;

import org.apache.commons.lang3.StringEscapeUtils;

public class UpdatesGetHandler implements HttpHandler {

@Override

public void handleRequest(HttpServerExchange exchange) throws Exception {

Map<String, Object> examples = new HashMap<>();

examples.put("application/json", StringEscapeUtils.unescapeHtml4("[ {  randomNumber : 123,  id : 123} ]"));

if(examples.size() > 0) {

exchange.getResponseHeaders().add(new HttpString("Content-Type"), "application/json");

exchange.getResponseSender().send((String)examples.get("application/json"));

} else {

exchange.endExchange();

}

}

}

那么如何操作数据库呢？我们以mongodb为例展示其操作方式。首先构建mongodb对应的配置类MongoConfig，代码如下：

package com.networknt.database.db;

import com.fasterxml.jackson.annotation.JsonIgnore;

public class MongoConfig {

@JsonIgnore

String description;

String host;

String name;

public MongoConfig() {

}

public String getDescription() {

return description;

}

public void setDescription(String description) {

this.description = description;

}

public String getHost() {

return host;

}

public void setHost(String host) {

this.host = host;

}

public String getName() {

return name;

}

public void setName(String name) {

this.name = name;

}

}

mongodb 的DAO类需基于StartupHookProvider实现，代码如下：

package com.networknt.database.db;

import com.mongodb.DB;

import com.mongodb.MongoClient;

import com.mongodb.MongoClientOptions;

import com.mongodb.ServerAddress;

import com.mongodb.client.MongoDatabase;

import com.networknt.config.Config;

import com.networknt.server.StartupHookProvider;

public class MongoStartupHookProvider implements StartupHookProvider {

static String CONFIG_NAME = "mongo";

public static MongoDatabase db;

public void onStartup() {

System.out.println("MongoStartupHookProvider is called");

initDataSource();

System.out.println("MongoStartupHookProvider db = " + db);

}

static void initDataSource() {

MongoConfig config = (MongoConfig) Config.getInstance().getJsonObjectConfig(CONFIG_NAME, MongoConfig.class);

MongoClientOptions.Builder clientOptions = new MongoClientOptions.Builder();

clientOptions.minConnectionsPerHost(10);//minPoolSize

clientOptions.connectionsPerHost(50);//maxPoolSize

MongoClient mongoClient = new MongoClient(new ServerAddress(config.getHost()), clientOptions.build());

db = mongoClient.getDatabase(config.getName());

}

}