作者 | 雷卷
來源 | 阿里技術公眾號
大家好，我是陳立兵，花名雷卷，Java/Kotlin工程師、 Alibaba RSocket Broker開發者Reactive基金會的初創成員。目前主要關注於Reactive/RSocket、Serverless、WebAssembly、 Deno/Rust等相關技術。
今天和大家聊聊為什麼我認為Spring仍然會是雲原生時代最佳平臺之一。
時間回到2015年，當時我在華盛頓參與SpringOne 2015大會，主題演講是Cloud Native Enterprise。那次大會的口號也是Cloud Native，鋪天蓋地的海報都與Cloud Native有關。
你可能會感到奇怪，那個時候容器還沒有流行啊，怎麼就敢稱為Cloud Native呢？雖然不少同學對Cloud Native的理解可能不太一樣，但是越來越多的人相信“Cloud native is about culture, not containers”。可以肯定的是，雲原生不等於容器，它是一種軟件開發的文化，即便後續有基於V8隔離的Serverless或者WebAssembly FaaS平臺，也還是雲原生的範疇。
而在雲原生的潮流下，Spring做了很多事情，比如支持分佈式架構的Spring Cloud，它基本是Java應用分佈式和雲化的必備框架，各個雲廠商都有Spring Cloud的對接版本，比如Spring Cloud Alibaba、AWS、Azure、GCP等，Spring Cloud極大地簡化了Java應用和雲服務的對接。
可以說，在微服務逐漸流行的過程中，Spring生態一直處於領先地位。很多人可能會疑惑：Spring之前取得的這些成就我們都知道，可這兩年好像並沒有什麼發展，Spring還能繼續引領該技術趨勢嗎？
其實，之所以會有這樣的疑惑，是因為當我們談到基於雲和雲原生環境的開發時，普遍更關注的是技術棧的選擇，而這背後主要是費用的問題。
每一位開發者或中小公司都希望購買更少的雲資源幹更多的事情，其中最主要的是內存和CPU。內存消耗要求小，如果能編譯為獨立可執行程序，就儘量選擇一些輕量型的開發框架；而且要考慮語言高效且全異步化的框架，這樣可以保證充分利用CPU，避免線程等待等造成的浪費。
綜合來看，很多人會更傾向於選擇Rust、Node.js、Golang等技術棧。而Java啟動慢，消耗內存多，好像還比較費錢，看起來已經不太適合接下來的雲原生時代。
那麼作為基於Java語言的Spring生態，還能否適應新的開發方式，比如Cloud Native、Serverless、Faas等，它還會是雲原生時代的最佳平臺的選擇嗎？
接下來，我將從5個角度來為你分析一下這個問題，分別是：Java和JDK的發展、充滿良性競爭的JVM語言、成熟的面向服務架構的Spring Boot和Spring Cloud、讓事件驅動架構更易使用的Spring Reactive。
一 Java 和 JDK的發展
我們知道Spring基於的是Java框架，而JDK又是運行Java程序的基礎。要探討“Spring還會不會是雲原生的最佳平臺之一”這個問題，我們需要先來看看JDK這個底座怎麼樣，是不是能為Spring與時俱進的發展提供良好的基礎。
首先是版本迭代。現在OpenJDK的開發速度非常快，之前是三年出一個重大版本，現在半年就出一個版本。好多同學感嘆現在都快Java 17了，而自己還在用Java 1.8。我們都說軟件開發要小步快跑，這個是一個好的開發方式：小步快跑、快速反饋、快速迭代開發。類似的還有JavaScript一年一版，TypeScript一年三版，Java一年兩版，可以說都是非常好的節奏。
其次是JDK特性的更新。如果你關注JDK的話就不難發現，越來越多的特性被融入到JDK中，比如類似協程的輕量級線程Loom項目、提升Native調用支持的Panama項目（SIMD支持）、更高級的GC算法等。
而針對我們前面提到的Java啟動慢、消耗內存多的問題，Oracle推出了基於OpenJDK的GraalVM，它可以直接在JVM中運行JavaScript、Python、Ruby等語言，是名副其實的Ployglot JVM。另外，GraalVM還提供了Native Image特性，可以將Java代碼轉換為獨立可執行程序。Spring也推出Spring Native項目，可以非常方便將Spring Boot應用native-image化，這樣Spring應用啟動的速度更快，消耗的內存也更少。native-image化後的Spring應用就可以滿足每一位開發者或中小公司對“上雲且費用更少”的需求。即便是Java的命令行應用，GraalVM也有非常好的解決方案——Picocli + GraalVM Native Image + upx，它可以將Java應用編譯為更便捷的可執行程序。
下圖就是GraalVM多語言和Native Image支持列表，如下：
此外，各個雲廠商也在積極JDK的開發，如AliJDK、Amazon Corretto、Azul等，這些都是對JDK發展有非常好的作用。
所以說，對Spring而言，JDK這個基礎還是非常穩固的。
二 充滿良性競爭的 JVM 語言
JDK並不是只能支持Java這一門編程語言，相反，它可以支持多種，比如Kotlin、Scala、Groovy等，這裡我們統一稱之為JVM語言。當下，JVM語言正處於一個充滿良性的競爭狀態。
我們知道每種語言都有自己擅長的使用場景。在雲原生時代，多語言開發支持非常重要，開發人員需要根據實際的業務場景選擇不同的開發語言。無論JVM語言或者GraalVM支持的語言，都可以和Spring直接整合，方便開發人員充分利用Spring技術棧做開發。
其中，對Spring支持最好的語言是Kotlin。Kotlin和Spring的整合已經滲透到框架的各個方面，比如Spring Boot和Kotlin整合，Spring Webflux對Kotlin Coroutines & Flow的支持，Spring Data、SpringIntegration、SpringCloud Function等也都包含對Kotlin的支持，這些都實現了對Kotlin的深度整合，目的就是讓語言和框架結合得更好，提升開發效率。此外，Kotlin和Scala也是與Spring整合得比較好的語言。
因為Java、Kotlin和Scala這三種語言在Spring中的整合非常好，所以接下來我就對它們具體說明一下，幫助你對JVM語言當前的發展情況有一個比較清晰的認知。
Java
Java語言的發展還是非常快速的，伴隨著OpenJDK的開發，Java半年就會推出一個版本，每個版本都會伴隨著語法的升級、標準庫的升級等，極大地方便了開發人員。從Java 9到16，已經完成了很多語法和特性方面的提升，比如大家知道var關鍵字（局部變量類型推導）、Text block、Pattern Matching for instanceof、Record、sealed interface等。
Kotlin
雖然說Kotlin不完全是針對JVM的，它也包括Native、JavaScript等，但是Kotlin對JVM和Android的支持，目前是眾多Kotlin平臺中特性最多且穩定的。
現在Kotlin的發展勢頭非常迅速，已經孵化了多個子項目，比如最新的Kotlin Multiplatform Mobile（一套代碼支持多個手機平臺）、 Kotlin Compose for Desktop（一套代碼開發多操作系統的桌面端應用）等。當然，這些變化中最引入注目的是Kotlin 1.5推出的Kotlin intermediate representation (IR) ，藉助於新的IR，Kotlin的代碼可以編譯輸出到各種目標平臺且程序更優，如大家都關注的Kotlin WebAssembly。
Scala
Scala 2是2006年3月發佈的，距今已經有非常長的時間了。好的消息是Scala 3.0已經於2021年5月發佈啦。Scala 3在添加新特性的同時，去除了Scala 2中一些晦澀的特性，目的是讓Scala更好使用。如果你有興趣，可以關注下Scala3的官網。
Scala 3還有一個核心的變化是編譯器的調整，名稱為TASTy，是 Typed Abstract Syntax Trees的縮寫，結構如下：
藉助於TASTy，目前已經有Scala.js ，後續有Scala WebAssembly也不奇怪。
Kotlin和Scala對函數編程都非常友好，在這點上都彌補了Java的不足。此外，Kotlin和Scala同時支持JavaScript編譯輸出，這個對基於V8的Serverless平臺幫助非常大，比如Cloudflare的Serverless平臺。此外，Kotlin和Scala也在積極探索對WebAssembly支持，這些都是支持Web開發的好消息。
當然，JVM語言還有很多，如Groovy、Clojure等，也都在積極發展，這些JVM語言彼此競爭，彼此借鑑，這對開發者來說，都是非常好的消息。
Spring依賴的JDK和JVM語言說完了，下面我們來聊聊Spring中非常成功的兩個項目SpringBoot 和 Spring Cloud。
Spring Boot和Spring Cloud是非常成功的兩個項目，基於Java技術棧的互聯網公司基本都在使用。此外，近期如果你有關注Spring頂級佈道師Josh Long的演講的話，就會發現他一直在講Spring Reactive，他還編寫了一本書，就叫《Spring Reactive》。
那為什麼Spring Boot、Spring Cloud和Spring Reactive會如此備受關注呢？
我們知道，對於雲原生來講，有兩種非常重要的架構方案，一個是面向服務化架構，另一個是事件驅動架構。面向服務化架構通常基於同步的請求/響應模型，Spring Boot、Spring Cloud的目標就是支持這一特性；事件驅動架構則基於異步化的消息模型和消息路由，而Spring Reactive這個項目的核心就是支撐這一架構。
接下來，我就帶你看看Spring具體是如何支持雲原生裡這兩種重要的架構方案的，藉此，你也會對Spring裡重要的三個項目Spring Boot、Spring Cloud和Spring Reactive有一個比較清楚的認知。
三 成熟的面向服務架構的 Spring Boot 和 Spring Cloud
通常，雲原生下的應用都傾向於微服務設計，而微服務設計的核心內容就是面向服務化架構設計和應用編程接口（API）管理，Spring Boot和Spring Cloud的目標就是支持這一特性的，而且這兩個項目做得非常成功，基於Java技術棧的互聯網公司基本都在使用。
我們知道，服務化接口最典型的結構就是請求(Request)/響應(Response)模式，尤其是Web的Request/Response模式。當然了，遠程RPC的request/response也在此範疇，比如HTTP REST、gRPC和Dubbo。
對應到Spring中面向服務架構設計，SpringMVC可以非常好地支持Web和HTTP REST API，還包括對OpenAPI的支持。其他RPC類的通訊，也都有對應的Spring Boot starter支持，在Spring Boot中也有對應的starter組件支持，開發也非常便捷。如果要暴露其他形式服務，如Web Service和SOAP等傳統服務形式，也可以哦通過Spring Web Services（spring-ws）項目達成。
另一個特性API管理，主要涉及服務治理和服務消費端調用，對應的核心技術棧主要是Spring Cloud項目。Spring Cloud為服務化架構和API管理提供了多種基礎設置，如服務註冊發現、負載均衡、API Gateway、斷路保護等，這些技術棧方便我們更好地管理和治理服務，同時也讓消費端能更好地調用服務。
綜合下來，服務化架構和API管理，對應到Spring Boot和Spring Cloud技術棧，典型的架構如下：
如果你的架構是面向服務的，如涉及到服務編排、服務治理和API Gateway等，那麼Spring Cloud會是非常好的選擇，特性完備、框架穩定、文檔完善、歷經過諸如阿里巴巴等親自實踐。如果你的公司基於Java技術棧，那麼Spring Cloud是實現微服務架構最好的支持和實踐。
阿里巴巴從2018年7月開始就開源了Spring Cloud Alibaba，截止至今，它已經獲得了超過1.9萬的star數，已經超過了所有其他實現的總和。從X-lab 開放實驗室發佈的《2020年微服務領域開源數字化報告》中，我們也看到Spring Cloud Alibaba已經成為最活躍、最受開發者歡迎、工具鏈最完善的Spring Cloud實現。大家在選型過程中可以考慮。
四 讓事件驅動架構更易使用的 Spring Reactive
前面我們講述了Spring對面向服務架構的支持，還有另外一種架構模式，就是事件驅動架構。事件驅動架構被普遍認為是雲原生首選的架構方案，那麼Spring對這方面支持如何？這就涉及到Spring Reactive這個項目了，其核心就是支撐事件驅動架構。
Spring Reactive是面向異步化消息的，消息或者事件是企業集成模式（EIP）首推的架構模式，你可能聽說過Spring企業集成（SpringIntegration）這個項目，其主要就是負責企業集成。Spring Reactive的目的則是讓事件驅動架構設計也能成為應用架構的首選，而且要更加簡單。
這裡講一個題外話：我和一些資深的Spring Boot和Spring Cloud程序員交流過，大家對各種服務化接口設計如數家珍，甚至包括代碼層級的細節，但是一討論到企業集成模式（EIP），都表示這是Martin Fowler的知名大做，問及大家的系統中是否使用到諸如Apache Camel或者Spring Integration，大家都表示現在面向服務結構已經滿足業務需求啦。
那麼這裡就有一個問題，如此知名的EIP、ESB或者EDA為何沒有在架構設計中所採納？是燈下黑被遺忘、還是門檻太高、或者壓根就是一個純理論，完全脫離實踐？
在面向服務化的架構設計中，基本都是基於服務接口調用，並且調用是同步的，所以服務編排、API管理起著非常重要的作用。當然在面向服務化的架構設計中，我們也會引入一些消息驅動設計，藉助像Kafka或者其他MQ系統，處理一些異步化或者數據分析的場景，如用戶註冊後發一封郵件、用戶登錄觸發事件進行安全審計、商品信息或價格修改後觸發搜索引擎增量索引、用戶下單後觸發各種通知等等。
面向服務有其好處，但是要解決非常多的問題，如非阻塞、服務註冊和發現、高性能、易集成等，這也是很多專家提出雲原生場景中，事件驅動架構才是主流。
事件驅動架構不涉及服務註冊和發現這些負責的機制，基於消息的路由也非常容易，異步化消息通訊的性能更高（當然你的賬單也更小），各種SaaS服務集成也更簡單（EventBridge產品）、FaaS觸發容易等等。如果你想了解更多，可以看看《Building Event-Driven Microservices》這本書。這裡貼一下Redhat推薦的基於微服務思想的事件驅動架構設計，如下：
從這張圖中我們可以看出，所有系統之間的交互都是通過消息進行通訊的，微服務不再是面向接口的請求/響應設計，處理來自不同的應用的Request/Response請求，而是以一種異步化的方式不斷地在處理來自Broker的消息。
說到這裡，你可能明白了，如果說Cloud Native以事件驅動設計架構為核心，那麼Spring Reactive的目的是讓事件驅動架構簡單易用，開發便捷，這個就是Spring Boot和Cloud對面向服務架構的支持是一樣的。此外這兩種架構並不是矛盾的，都是可以相互共存和相互補充的。
要實現更好的事件驅動架構，兩個基礎少不了：異步化和消息化。異步化可以解決線程等待的問題，而消息及其消息路由，可以很好地實現應用的鬆耦合。當前越來越多的產品使用異步化消息方案，各種消息產品中間件自不必說，大家熟知的HTTP/2都是基於異步消息通訊的。
那為何要異步化？我們知道消息處理的模型和同步服務調用是不一樣的，如消息處理的Event Loop和Actor模型，都是非常高效的消息處理方式，如果我們在消息處理的過程中，還要處理基於線程池的同步服務調用，勢必會影響模型和性能。當然也不是完全不能有同步，只是儘量避免過多的服務同步調用的場景。
圍繞異步化和消息的場景，Spring要做非常多的工作，我們都知道Java對異步化支持非常滯後。Java 1.8加入了CompletionStage接口，Java 9添加了Reactive Stream支持介入了Flow。大家一直關注的輕量級線程的Loom項目還在開發中，預計要到Java 17才能發佈。
所以目前Java多數的項目項目都會選擇Reactive框架，當然Spring團隊開發了Reactor框架，增加了Reactor對Netty、Kafka等適配，從而保證從底層開始就是異步化，所以這也是起名為Spring Reactive的原因。
接下來就是大家都看到的場景，Spring Webflux、Spring Integration、Spring Data等眾多項目都添加了對異步化的支持，所有的這些調整，就是要確保從底層開始就是全異步化的，你可以理解為5G的非獨立組網和獨立組網兩種方式，只是Spring選擇了Reactive這種獨立組網、獨立生態的方式，當然工作量也是非常大的。這其中就涉及了兩個非常大的問題：數據庫和分佈式通訊。
目前大多數NoSQL產品都提供了異步化的接口，異步化訪問NoSQL產品沒有什麼問題。雖然NoSQL發展很迅猛，但是還是沒有撼動數據庫的地位，我們都知道Java中數據庫訪問的規範是JDBC，但是JDBC是同步的接口，所以Spring啟動了R2DBC項目，目的就是能夠以Reactive異步化接口訪問數據庫，目前來說，在Spring框架下使用JDBC和R2DBC的體驗幾乎是一致的。
這裡我和同學們同步兩個消息：Spring 5.3已經內置R2DBC支持，也就是spring-r2dbc，和spring-jdbc並列。大家都喜歡使用的MySQL數據庫，也推出了mariadb-r2dbc 1.0.0穩定版，Oracle也推出了R2DBC版本的驅動。當然Java中的DB框架，Spring JPA、MyBatis等都添加了對R2DBC的適配。Hibernate也推出了hibernate-reactive項目(基於Vert.x database)，雖然是不是基於R2DBC的，但是也是全異步化的。
另外一個問題就是分佈式通訊，這個在微服務架構中扮演中非常重要的作用。一直以來Spring主要支持HTTP，但是HTTP協議主要是針對瀏覽器設計的，在後端服務之間通訊優勢並不明顯，而且性能上也沒有優勢。當然基於HTTP/2異步消息通訊的gRPC是一個很好的選擇，但是Spring一直沒有內置gRPC支持，當然這對大多數開發者來說，這不是什麼大問題，第三方的grpc-spring-boot-starter做的也非常好。
如果你關注Spring發佈的話應該知道，Spring 5.2後續版本選擇RSocket通訊協議，並將RSocket內置到spring-message項目中。為何？RSocket是全異步的二進制消息通訊協議，提供了完備的通訊模型，而且是對等通訊的，非常匹配事件驅動架構，這也是Spring Reactive將RSocket納入到Spring核心的原因，當然RSocket背後的開發，Spring和阿里團隊起著主導作用。
CNCF下有一個CloudEvents規範，主要解決異構系統的事件通訊，消息和事件在數據結構上是一致的，都是Headers和Payload(data)結構，同時包含消息頭的擴展。最新的cloudevents-java SDK 2.1，Spring messaging添加了對CloudEvents的支持，同時支持CloudEvent接口的編解碼支持，將消息和事件進行了統一和整合，在Spring中處理CloudEvents和消息更簡單。
和企業集成相關產品，如Apache Camel, 基於Akka的Alpakk、MuleSoft的Mule 4、Spring Integration等，這些產品都提供了對Reactive的集成，可以說可以和Spring Reactive無縫對接。
五 總結
回到文章的問題，為什麼Spring 仍然會是雲原生時代最佳平臺之一？總結下來，Java和JDK的開發處以非常好的發展，JVM語言良性發展且充滿競爭。成熟的Spring Boot和Spring Cloud已經讓面向服務的架構設計簡單易用，而Spring Reactive則將事件驅動架構更易被使用，同時可以讓更多的企業系統完成和Spring Reacitve對接，無論是IoT設備、ESB產品、SaaS或者雲服務等。
針對微服務的場景，Spring Cloud提供了成熟的面向架構服務基礎，Spring Reactive則是面向未來的事件驅動架構，當然這裡並不是說，面向服務的架構已經過時，事實上面向服務的架構非常成功，但是在雲原生或新的Serverless環境下，可能事件驅動架構可能更合理一些，或者是兩者的配合使用，不用擔心，Spring在這兩方面都做的非常好。
技術公開課
Spring Cloud微服務架構設計與開發實戰
Java Spring Cloud是全球範圍內最成熟、最完善、最流行的微服務架構方案體系，被眾多互聯網大公司採用。本課程重點講解服務治理、註冊發現、熔斷限流、網關代理、鏈路追蹤、安全監控等核心問題，循序漸進，概念為輔、實戰為主，涵蓋經典面試題，講授成為微服務架構師的必備技能。
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