3.1 Java应用的发展_云原生应用构建：基于OpenShift-QQ阅读男生轻小说网

书名：云原生应用构建：基于OpenShift
作者名：魏新宇王洪涛陈耿
本章字数：2884字
更新时间：2020-08-27 05:48:08

3.1　Java应用的发展

3.1.1　Java EE架构

大多数企业级应用都是基于Java开发的。Java主要分为标准版的Java SE和企业版的Java EE。Java EE（新版本更名为Jakarta EE，为了方便读者理解，本文仍称Java EE）是使用Java开发企业应用程序的规范，它是一个独立于平台的标准，是在Java Community Process（JCP）的指导下开发的。

Java EE规范是一组基于Java SE构建的API。它为运行多线程、事务、安全和可扩展的企业应用程序提供了运行时环境。需要注意的是，与Java SE不同，Java EE主要是API的一组标准规范，实现这些API的运行时环境通常称为应用程序服务器，也就是我们常说的传统意义上的中间件。

Java EE中的对象大致有三类：POJO、JavaBean、EJB。

·POJO全称是Plain Ordinary Java Object/Pure Old Java Object，中文可以翻译成“普通Java类”。

·JavaBean是一种Java语言写成的可重用组件。写成JavaBean的类必须是具体、公共的，并且具有无参数的构造器。JavaBean通过提供符合一致性设计模式的公共方法将内部域暴露，我们称之为属性。JavaBean可分为两种：一种是有用户界面（User Interface，UI）的JavaBean，一种是没有用户界面、主要负责处理事务（如数据运算、访问数据库）的JavaBean。

·企业JavaBean（EJB）是一种Java EE组件，通常用于在企业应用程序中封装业务逻辑。EJB与JavaBean不同，开发人员必须明确地实现多线程、并发、事务和安全等概念，应用程序服务器在运行时提供了这些功能，使开发人员可以专注于编写应用程序的业务逻辑。EJB分为两类：Session Bean（又分为有状态和无状态两种）和MessageDriven Bean。

那么，相比于Java SE，使用Java EE给企业应用带来的好处是什么呢？主要有以下几点。

·可以实现跨符合Java EE标准的应用程序服务器间的迁移。

·Java EE规范提供了大量通常由企业应用程序使用的API，例如Web服务、异步消息传递、事务、数据库连接、线程池、批处理实用程序和安全性。开发人员必要手动开发这些组件，从而缩短开发时间。

·针对特定领域（如金融、保险、电信和其他行业）的大量第三方即用型应用程序和组件已通过认证，可以运行并与Java EE应用程序服务器集成。

·大量先进的工具，如IDE、监控系统、企业应用程序集成（EAI）框架和性能测量工具可用于第三方供应商的Java EE应用程序。

Java EE包含对多个配置文件或API子集的支持。Java EE规范定义了两个配置文件：Full Profile和Web Profile。后来基于Java EE的微服务架构又提出了MicroProfile，所以Java EE的配置文件现在有三个。Java EE Web Profile专为Web应用程序开发而设计，并支持与Java EE相关的基于Web技术定义的API的一部分，Java EE的Web Profile和Full Profile的对比如图3-1所示。

Spring是Java开发的开源框架，于2003年6月首次发布。Spring主要作为Enterprise JavaBean 1.0和2.0的替代品。Enterprise JavaBean中存在很多问题，而Spring是出于对EJB的改进而创建的。Spring架构如图3-2所示。

Spring Boot可看作是Spring框架的扩展，它消除了设置Spring应用程序所需的XML配置，为更快、更高效的开发生态系统铺平了道路。

Spring Boot主要特征如下。

·可创建独立的Spring应用。

·嵌入式Tomcat、Jetty、Undertow容器。

·提供starters简化构建配置。

·尽可能自动配置Spring应用。

·提供生产指标，例如指标、健壮检查和外部化配置。

·完全没有代码生成和XML配置要求。

图3-1　Java EE 8 Profile

图3-2　Spring架构

在介绍了Java EE和Spring Boot后，接下来我们介绍Java应用的打包。

3.1.2　Java应用的打包与JDK

Java SE应用程序的首选方法是将应用程序打包为Java Archive（JAR）文件。JAR文件可以通过添加清单条目（与JAR文件内部的Java类一起打包的纯文本文件）来指定主要可运行类，从而使其可执行。

Java EE应用程序由多个组件组成，这些组件依赖于运行时所需的大量JAR文件。Java EE应用程序部署在与Java EE兼容的应用程序服务器上，这些部署可以有不同的类型。

·JAR文件：应用程序的各个模块和Enterprise JavaBean（EJB）可以作为单独的JAR文件进行部署。第三方库和框架也可以打包为JAR文件。如果你的应用程序依赖于这些库，则库JAR文件应该部署在应用程序服务器上。JAR文件具有.jar扩展名。

·Web归档（WAR）文件：如果你的Java EE应用程序具有基于Web的前端或提供RESTful服务端点，与Web前端和服务相关的代码和资产可以打包为WAR文件。WAR文件具有.war扩展名，实质上是一个包含代码、静态HTML、图像、CSS和JS资产、XML部署描述符文件以及打包在其中的相关JAR文件的压缩文件。

·FatJar文件：FarJar又称作uber-Jar，是包含所有依赖的Jar包。Jar包中嵌入了除Java虚拟机以外的所有依赖。FatJar包可以直接通过java-jar运行。

在第2章中，我们介绍过应用的编译分为本机编译和解释编译。Java就是典型的解释型语言，而JVM是Java语言的解释器。JRE提供JVM以及Java程序运行所需的库。JDK是Java程序的开发环境，除了提供JRE之外，还包括编译器、调试器等。三者的关系如图3-3所示。

图3-3　JVM、JRE、JDK的关系示意图

JDK主要分为OpenJDK、Oracle JDK、IBM JDK三种。Ora-cle JDK就是传统的Sun JDK的延续，大多数Java程序都用Oracle JDK。OpenJDK是2006年由Sun公司开源的，随着Sun公司被Oracle公司收购，OpenJDK作为开源的JDK，受到业内的重视。OpenJDK的主要维护者是Red Hat。IBM也开发了自己的JDK，用于其特殊的硬件和操作系统中，比如Java for AS400等。

目前在开源界，我们使用最多的是OpenJDK，这也是云原生界主要采用的JDK。本书后续的内容均基于OpenJDK进行阐述。

Java EE环境，包括EJB容器和Web容器。

·Web容器：只运行Web应用的容器，例如Tomcat就是开源的Web容器，它可以运行JSP、Servlet等。这也是我们常说的Web Server。Tomcat是用Java语言开发的Web服务器，因为运行Java应用需要JVM，所以安装Tomcat之前要部署好JDK。

·EJB容器：运行在EJB组件的容器，提供EJB组件的状态管理、事务管理、线程管理、远程数据资源访问、连接管理和安全性管理等系统级服务。JBoss EAP同时提供EJB容器和Web容器，这也是我们常说的App Server。有的App Server本身就包含JDK，例如Weblogic，所以不必提前安装JDK。但是，App Server的运行是需要JDK的。

Spring Boot类应用主要是Web类应用，因此应用在打包的时候，既可以打成传统的WAR包，也可以打成FatJar包。将Java应用打成WAR还是Jar包，取决于pom.xml的maven-plugin，以及我们执行maven打包命令时调用的pom.xml中的plugin。

我们以在《OpenShift在企业中的实践：PaaS DevOps微服务》使用过的名为customer的微服务的代码为例，查看其pom.xml文件（https://github.com/ocp-msa-devops/istiotutorial/blob/master/customer/java/springboot/pom.xml）。

maven-plugin为spring-boot-maven-plugin，因此应用构建完打包成Jar包，如下所示：

<plugins>
    <plugin>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-maven-plugin</artifactId>
    </plugin>
</plugins>

接下来，我们再查看pom.xml中对Web依赖的引用，引用了spring-boot-starter-web，如下所示：

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
</dependency>

spring-boot-starter-web默认把嵌入式Tomcat作为Web容器来对外提供HTTP服务，默认使用8080端口对外监听和提供服务。也就是说，我们据此打成的Jar包将会包含内嵌的Tomcat，直接可以通过Java-jar运行，而无须依赖外置的Tomcat。如果运行在OpenShift，也就不需要使用Tomcat的容器镜像，使用OpenJDK的容器镜像即可。在Spring Boot应用打包时，如果我们想使用其他的嵌入式Web Container，则可以引入类似spring-boot-starter-jetty或spring-boot-starter-undertow的依赖，替换掉默认的嵌入式Tomcat。

编译customer微服务。

# cd customer/java/springboot/
# mvn package
[INFO] BUILD SUCCESS
[INFO] ------------------------------------------------------------------------
[INFO] Total time:  07:27 min
[INFO] Finished at: 2019-04-28T09:34:49-07:00
[INFO] ------------------------------------------------------------------------

编译成功后，生成customer.jar包：

# ls -al target/customer.jar
-rw-r--r--. 1 root root 23011020 Apr 28 09:34 target/customer.jar

运行customer.jar文件：

# java -jar customer.jar

运行结果如图3-4所示，已经成功启动。

图3-4　应用启动成功

在Web类应用中，基于Spring Boot开发的应用默认会打成FatJar的包，可以在OpenJDK环境中独立运行。基于Java EE开发的应用主要打成War包，运行在Tomcat的容器中。

我们查看Red Hat发布的基于OpenShift的Tomcat的企业级容器镜像，即JBoss Web Server，如图3-5所示。

图3-5　OpenShift提供的Tomcat容器镜像

查看JBoss Web Server 3.1-Tomcat8容器镜像所包含的软件包，包含OpenJDK和Tomcat的软件包，如图3-6、图3-7所示。

图3-6　查看容器镜像中包含的OpenJDK包

图3-7　查看容器镜像中包含的Tomcat包

接下来，我们查看Red Hat OpenShift提供的OpenJDK容器镜像包含的软件包Open-JDK 11，如图3-8所示。

图3-8　OpenShift提供的OpenJDK容器镜像包

我们查看OpenJDK 11镜像中包含的文件，OpenJDK没有Tomcat，如图3-9和图3-10所示。

图3-9　查看OpenJDK 11包含的软件包

图3-10　查看OpenJDK 11包含的软件包

在介绍了Java应用的发展后，接下来我们分析Kubernetes时代Java应用面临的问题。