Das Dokument behandelt Quarkus, ein Open-Source-Framework für Cloud-native Java-Anwendungen, das auf GraalVM aufbaut und darauf abzielt, Java in Kubernetes- und Serverless-Umgebungen führend zu machen. Quarkus optimiert die Startup-Zeiten und den Speicherverbrauch durch eine Reduktion von Reflection und eine statische Analyse, mit dem Ziel, den Footprint zu minimieren. Es werden auch die Herausforderungen und Einschränkungen von Quarkus und GraalVM, wie zum Beispiel die Unterstützung von dynamischem Laden von Klassen und bestimmte Library-Einschränkungen, besprochen.

1. 1 Part of
Make Java Great Again
Quarkus, GraalVM und co
Michael Frembs, Senior Consultant API & Cloud native – München, 25. Juli 2019

2. 2 Part of

3. 3 Part of

4. 4 Part of
 WLP 19.0.0.6 WebProfile
 ~ 5s
 Wildfly 17.0.1 Servlet-Only
 ~ 3s
 Spring Boot 2.1.6.RELEASE mit Spring Web Starter
 ~ 3s
 + WarmUp HotSpot-Engine
Startzeit

5. 5 Part of
 WLP 19.0.0.6 WebProfile
 verwendet ca. 220 MB
 Wildfly 17.0.1 Servlet-Only
 verwendet ca. 180 MB
 Spring Boot 2.1.6.RELEASE mit Spring Web Starter
 verwendet ca. 230 MB
Arbeitsspeicher

6. 6 Part of
Ist das ein Problem?
App A
App B
App C
App A
App B
App C
App A
App B
App C
App B
App C App C

7. 7 Part of
Ist das ein Problem?
App A App A1 App A2 App A3

8. 8 Part of
Ist das ein Problem?
https://cloud.google.com/compute/pricing

9. 9 Part of
Ist das ein Problem?
https://cloud.ibm.com/kubernetes/catalog/cluster

10. 10 Part of
Ist das ein Problem?
https://run.pivotal.io/pricing/

11. 11 Part of
 Wohin geht die Zukunft?
 Function as a Service / Serverless
 IoT
 Long running processes?
 Cattle vs. Pets
 Automatische Skalierung
Ist das ein Problem?

12. 12 Part of

13. 13 Part of
 Open Source Cloud Native, Container first framework for Java
 Apache License v2.0
 Ziel: Minimaler Footprint
 Setzt auf Standards (Microprofile) und Frameworks, die sich bereits bewiesen haben
 Baut auf GraalVM auf
 Est. März 2019
 https://quarkus.io
https://github.com/quarkusio/quarkus
Quarkus
!

14. 14 Part of
The goal of Quarkus is to make Java a leading
platform in Kubernetes and serverless
environments while offering developers a
unified reactive and imperative programming
model to optimally address a wider range of
distributed application architectures.
https://developers.redhat.com/blog/2019/03/07/quarkus-next-generation-kubernetes-native-java-framework/
Jason Greene
Quarkus Co-Founder, Distinguished
Engineer and Manager, Red Hat

15. 15 Part of
Native Image
JVM Mode
Quarkus: JVM Mode vs. Native Image
Todo-Service
todo-runner.jar
todo-runner
SubstrateVM

16. 16 Part of

17. 17 Part of
Quarkus – Startzeit und Speicherverbrauch (eigene Angabe)
https://quarkus.io/

18. 18 Part of
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Startzeit [s]
Liberty
Quarkus
JVM
Quarkus
Native
Startzeit
 Ausführung inkl. Starten eines Docker-Containers
 Aufruf mit Zugriff auf die Datenbank
 2 fache Ausführung, Mittelwert
 Zeit bis Beantwortung des 1. Requests
 Messung analog zu
https://quarkus.io/guides/performance-
measure#how-do-we-measure-startup-time

19. 19 Part of
0
20
40
60
80
100
120
140
160
Memory Usage
[mb]
Liberty
Quarkus
JVM
Quarkus
Native
RAM-Verbrauch
 Anwendungen in Docker-Container gestartet
 Mind. 1 Request pro Anwendung (inkl. Zugriff auf
Datenbank)
 docker stats -a

20. 20 Part of
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
Docker-Image-
Size [mb]
Liberty
Quarkus
JVM
Quarkus
Native
Docker-Image-Size
 Für WLP wurde das offizielle Image genommen
 https://hub.docker.com/_/websphere-liberty/
 Kernel
 Für Quarkus wurden die mitgelieferten Dockerfiles
verwendet
 Es wurde nicht weiter optimiert

21. 21 Part of
Quarkus Module
Quarkus Extensions
Quarkus Core
Jandex Gizmo Graal SDK
JVM Substrate

22. 22 Part of
 Runtime -> Buildtime
 Verzicht auf Reflection so gut es geht
 Recorded Bytecode
 Kein Config Parsen zur Laufzeit
 Metadata Processing (Annotations, Getter & Setter)
 Aufrufe vorbereiten (Proxy, Interfaces, …)
 Unnötige Klassen werden nicht geladen

23. 23 Part of
GraalVM is a Java VM and JDK based on
HotSpot/OpenJDK, implemented in Java. It supports
additional programming languages and execution
modes, like ahead-of-time compilation of Java
applications for fast startup and low memory footprint.
GraalVM
https://en.wikipedia.org/wiki/GraalVM

24. 24 Part of
 Edition
 GraalVM CE (OpenSource, GPLv2 License)
 GraalVM EE
 Production Ready seit Mai 2019 (Version 19.0)
 Unterstützt Linux und MacOS (an Windows wird gearbeitet)
 Contributors
 Industrie
 Forschung (Ausschnitt)
Johannes Kepler University Linz, TU Berlin, University of Edinburgh, TU Dortmund, University of Lugano
 https://www.graalvm.org/community/contributors/
GraalVM
!

25. 25 Part of
 AoT – Compiler (Ahead of Time)
 Closed World Assumption
 Output: Native Executable
 Kein Bytecode mehr!
 Analyse, welche Klassen erreicht werden
können
 Vorsicht vor Reflection!
 Programm wird während Build-Prozess
ausgeführt
 Image Heap
 Static Initializer
Native Image

26. 26 Part of
 Dynamic Class Loading nicht möglich
 Reflection eingeschränkt möglich
 Dynamic Proxy eingeschränkt möglich
 JNI & Unsafe Memory Access „mostly
supported“
 JMX nicht möglich
 https://github.com/oracle/graal/blob/master/s
ubstratevm/LIMITATIONS.md
Limitations Native Image

27. 27 Part of
 Native Image: Optimierung RAM & Boot-Time
 Long running processes?
 JIT nur im JVM Mode
 Performance bzgl.
 Durchsatz?
 Antwortzeiten?
 Skalierung?
Native Image vs. JVM Mode

28. 28 Part of
https://quarkus.io/blog/runtime-performance/
Durchsatz

29. 29 Part of
https://quarkus.io/blog/runtime-performance/
Antwortzeiten – Durchschnitt

30. 30 Part of
 Für Migrationsprojekte
 u.a. kein EJB und JMS support
 Einschränkung der Libraries! (siehe Limitations)
 Buildprozess (Native Image)
 Infrastruktur muss während des Builds vorhanden sein
 Benötigt viel Arbeitsspeicher
 Benötigt Zeit
Zu beachten

31. 31 Part of

32. 32 Part of
Microprofile
Konkurrenz zu Quarkus
GraalVM
Quarkus Helidon MP Helidon SE Micronaut Spring Boot

33. 33 Part of
Konkurrenz zu Quarkus
https://www.graalvm.org/docs/why-graal/

34. 34 Part of
Konkurrenz zu Quarkus
https://www.graalvm.org/docs/why-graal/

35. 35 Part of
 Just In Time (JIT) – Compiler benötigen CPU-Zyklen und
Speicher
 Greifen v.a. bei langlaufenden Prozessen
JIT-Compiler
App C
JIT
App C
JIT
App C
JIT

36. 36 Part of
Konkurrenz zu GraalVM: JITaaS by OpenJ9
App C
JIT
App C
JIT
App C
JIT
JIT
JIT as a Service
https://github.com/eclipse/openj9/tree/jitaas

37. 37 Part of
Software Engineering ist eine Kunst.
Sie erfordert die Tugenden eines Ingenieurs.