为什么Spring仍然会是云原生时代最佳平台之一？

简介： 基于Java语言的Spring生态，还能否适应新的开发方式，比如Cloud Native、Serverless、Faas等，它还会是云原生时代的最佳平台的选择吗？本文将从5个角度来为你分析一下这个问题，分别是：Java和JDK的发展、充满良性竞争的JVM语言、成熟的面向服务架构的Spring Boot和Spring Cloud、让事件驱动架构更易使用的Spring Reactive。

作者 | 雷卷
来源 | 阿里技术公众号

大家好，我是陈立兵，花名雷卷，Java/Kotlin工程师、 Alibaba RSocket Broker开发者Reactive基金会的初创成员。目前主要关注于Reactive/RSocket、Serverless、WebAssembly、 Deno/Rust等相关技术。

今天和大家聊聊为什么我认为Spring仍然会是云原生时代最佳平台之一。

时间回到2015年，当时我在华盛顿参与SpringOne 2015大会，主题演讲是Cloud Native Enterprise。那次大会的口号也是Cloud Native，铺天盖地的海报都与Cloud Native有关。

你可能会感到奇怪，那个时候容器还没有流行啊，怎么就敢称为Cloud Native呢？虽然不少同学对Cloud Native的理解可能不太一样，但是越来越多的人相信“Cloud native is about culture, not containers”。可以肯定的是，云原生不等于容器，它是一种软件开发的文化，即便后续有基于V8隔离的Serverless或者WebAssembly FaaS平台，也还是云原生的范畴。

而在云原生的潮流下，Spring做了很多事情，比如支持分布式架构的Spring Cloud，它基本是Java应用分布式和云化的必备框架，各个云厂商都有Spring Cloud的对接版本，比如Spring Cloud Alibaba、AWS、Azure、GCP等，Spring Cloud极大地简化了Java应用和云服务的对接。

可以说，在微服务逐渐流行的过程中，Spring生态一直处于领先地位。很多人可能会疑惑：Spring之前取得的这些成就我们都知道，可这两年好像并没有什么发展，Spring还能继续引领该技术趋势吗？

其实，之所以会有这样的疑惑，是因为当我们谈到基于云和云原生环境的开发时，普遍更关注的是技术栈的选择，而这背后主要是费用的问题。

每一位开发者或中小公司都希望购买更少的云资源干更多的事情，其中最主要的是内存和CPU。内存消耗要求小，如果能编译为独立可执行程序，就尽量选择一些轻量型的开发框架；而且要考虑语言高效且全异步化的框架，这样可以保证充分利用CPU，避免线程等待等造成的浪费。

综合来看，很多人会更倾向于选择Rust、Node.js、Golang等技术栈。而Java启动慢，消耗内存多，好像还比较费钱，看起来已经不太适合接下来的云原生时代。

那么作为基于Java语言的Spring生态，还能否适应新的开发方式，比如Cloud Native、Serverless、Faas等，它还会是云原生时代的最佳平台的选择吗？

接下来，我将从5个角度来为你分析一下这个问题，分别是：Java和JDK的发展、充满良性竞争的JVM语言、成熟的面向服务架构的Spring Boot和Spring Cloud、让事件驱动架构更易使用的Spring Reactive。

一 Java 和 JDK的发展

我们知道Spring基于的是Java框架，而JDK又是运行Java程序的基础。要探讨“Spring还会不会是云原生的最佳平台之一”这个问题，我们需要先来看看JDK这个底座怎么样，是不是能为Spring与时俱进的发展提供良好的基础。

首先是版本迭代。现在OpenJDK的开发速度非常快，之前是三年出一个重大版本，现在半年就出一个版本。好多同学感叹现在都快Java 17了，而自己还在用Java 1.8。我们都说软件开发要小步快跑，这个是一个好的开发方式：小步快跑、快速反馈、快速迭代开发。类似的还有JavaScript一年一版，TypeScript一年三版，Java一年两版，可以说都是非常好的节奏。

其次是JDK特性的更新。如果你关注JDK的话就不难发现，越来越多的特性被融入到JDK中，比如类似协程的轻量级线程Loom项目、提升Native调用支持的Panama项目（SIMD支持）、更高级的GC算法等。

而针对我们前面提到的Java启动慢、消耗内存多的问题，Oracle推出了基于OpenJDK的GraalVM，它可以直接在JVM中运行JavaScript、Python、Ruby等语言，是名副其实的Ployglot JVM。另外，GraalVM还提供了Native Image特性，可以将Java代码转换为独立可执行程序。Spring也推出Spring Native项目，可以非常方便将Spring Boot应用native-image化，这样Spring应用启动的速度更快，消耗的内存也更少。native-image化后的Spring应用就可以满足每一位开发者或中小公司对“上云且费用更少”的需求。即便是Java的命令行应用，GraalVM也有非常好的解决方案——Picocli + GraalVM Native Image + upx，它可以将Java应用编译为更便捷的可执行程序。

下图就是GraalVM多语言和Native Image支持列表，如下：

此外，各个云厂商也在积极JDK的开发，如AliJDK、Amazon Corretto、Azul等，这些都是对JDK发展有非常好的作用。

所以说，对Spring而言，JDK这个基础还是非常稳固的。

二 充满良性竞争的 JVM 语言

JDK并不是只能支持Java这一门编程语言，相反，它可以支持多种，比如Kotlin、Scala、Groovy等，这里我们统一称之为JVM语言。当下，JVM语言正处于一个充满良性的竞争状态。

我们知道每种语言都有自己擅长的使用场景。在云原生时代，多语言开发支持非常重要，开发人员需要根据实际的业务场景选择不同的开发语言。无论JVM语言或者GraalVM支持的语言，都可以和Spring直接整合，方便开发人员充分利用Spring技术栈做开发。

其中，对Spring支持最好的语言是Kotlin。Kotlin和Spring的整合已经渗透到框架的各个方面，比如Spring Boot和Kotlin整合，Spring Webflux对Kotlin Coroutines & Flow的支持，Spring Data、SpringIntegration、SpringCloud Function等也都包含对Kotlin的支持，这些都实现了对Kotlin的深度整合，目的就是让语言和框架结合得更好，提升开发效率。此外，Kotlin和Scala也是与Spring整合得比较好的语言。

因为Java、Kotlin和Scala这三种语言在Spring中的整合非常好，所以接下来我就对它们具体说明一下，帮助你对JVM语言当前的发展情况有一个比较清晰的认知。

Java

Java语言的发展还是非常快速的，伴随着OpenJDK的开发，Java半年就会推出一个版本，每个版本都会伴随着语法的升级、标准库的升级等，极大地方便了开发人员。从Java 9到16，已经完成了很多语法和特性方面的提升，比如大家知道var关键字（局部变量类型推导）、Text block、Pattern Matching for instanceof、Record、sealed interface等。

Kotlin

虽然说Kotlin不完全是针对JVM的，它也包括Native、JavaScript等，但是Kotlin对JVM和Android的支持，目前是众多Kotlin平台中特性最多且稳定的。

现在Kotlin的发展势头非常迅速，已经孵化了多个子项目，比如最新的Kotlin Multiplatform Mobile（一套代码支持多个手机平台）、 Kotlin Compose for Desktop（一套代码开发多操作系统的桌面端应用）等。当然，这些变化中最引入注目的是Kotlin 1.5推出的Kotlin intermediate representation (IR) ，借助于新的IR，Kotlin的代码可以编译输出到各种目标平台且程序更优，如大家都关注的Kotlin WebAssembly。

Scala

Scala 2是2006年3月发布的，距今已经有非常长的时间了。好的消息是Scala 3.0已经于2021年5月发布啦。Scala 3在添加新特性的同时，去除了Scala 2中一些晦涩的特性，目的是让Scala更好使用。如果你有兴趣，可以关注下Scala3的官网。

Scala 3还有一个核心的变化是编译器的调整，名称为TASTy，是 Typed Abstract Syntax Trees的缩写，结构如下：

借助于TASTy，目前已经有Scala.js ，后续有Scala WebAssembly也不奇怪。

Kotlin和Scala对函数编程都非常友好，在这点上都弥补了Java的不足。此外，Kotlin和Scala同时支持JavaScript编译输出，这个对基于V8的Serverless平台帮助非常大，比如Cloudflare的Serverless平台。此外，Kotlin和Scala也在积极探索对WebAssembly支持，这些都是支持Web开发的好消息。

当然，JVM语言还有很多，如Groovy、Clojure等，也都在积极发展，这些JVM语言彼此竞争，彼此借鉴，这对开发者来说，都是非常好的消息。

Spring依赖的JDK和JVM语言说完了，下面我们来聊聊Spring中非常成功的两个项目SpringBoot 和 Spring Cloud。

Spring Boot和Spring Cloud是非常成功的两个项目，基于Java技术栈的互联网公司基本都在使用。此外，近期如果你有关注Spring顶级布道师Josh Long的演讲的话，就会发现他一直在讲Spring Reactive，他还编写了一本书，就叫《Spring Reactive》。

那为什么Spring Boot、Spring Cloud和Spring Reactive会如此备受关注呢？

我们知道，对于云原生来讲，有两种非常重要的架构方案，一个是面向服务化架构，另一个是事件驱动架构。面向服务化架构通常基于同步的请求/响应模型，Spring Boot、Spring Cloud的目标就是支持这一特性；事件驱动架构则基于异步化的消息模型和消息路由，而Spring Reactive这个项目的核心就是支撑这一架构。

接下来，我就带你看看Spring具体是如何支持云原生里这两种重要的架构方案的，借此，你也会对Spring里重要的三个项目Spring Boot、Spring Cloud和Spring Reactive有一个比较清楚的认知。

三 成熟的面向服务架构的 Spring Boot 和 Spring Cloud

通常，云原生下的应用都倾向于微服务设计，而微服务设计的核心内容就是面向服务化架构设计和应用编程接口（API）管理，Spring Boot和Spring Cloud的目标就是支持这一特性的，而且这两个项目做得非常成功，基于Java技术栈的互联网公司基本都在使用。

我们知道，服务化接口最典型的结构就是请求(Request)/响应(Response)模式，尤其是Web的Request/Response模式。当然了，远程RPC的request/response也在此范畴，比如HTTP REST、gRPC和Dubbo。

对应到Spring中面向服务架构设计，SpringMVC可以非常好地支持Web和HTTP REST API，还包括对OpenAPI的支持。其他RPC类的通讯，也都有对应的Spring Boot starter支持，在Spring Boot中也有对应的starter组件支持，开发也非常便捷。如果要暴露其他形式服务，如Web Service和SOAP等传统服务形式，也可以哦通过Spring Web Services（spring-ws）项目达成。

另一个特性API管理，主要涉及服务治理和服务消费端调用，对应的核心技术栈主要是Spring Cloud项目。Spring Cloud为服务化架构和API管理提供了多种基础设置，如服务注册发现、负载均衡、API Gateway、断路保护等，这些技术栈方便我们更好地管理和治理服务，同时也让消费端能更好地调用服务。

综合下来，服务化架构和API管理，对应到Spring Boot和Spring Cloud技术栈，典型的架构如下：

如果你的架构是面向服务的，如涉及到服务编排、服务治理和API Gateway等，那么Spring Cloud会是非常好的选择，特性完备、框架稳定、文档完善、历经过诸如阿里巴巴等亲自实践。如果你的公司基于Java技术栈，那么Spring Cloud是实现微服务架构最好的支持和实践。

阿里巴巴从2018年7月开始就开源了Spring Cloud Alibaba，截止至今，它已经获得了超过1.9万的star数，已经超过了所有其他实现的总和。从X-lab 开放实验室发布的《2020年微服务领域开源数字化报告》中，我们也看到Spring Cloud Alibaba已经成为最活跃、最受开发者欢迎、工具链最完善的Spring Cloud实现。大家在选型过程中可以考虑。

四 让事件驱动架构更易使用的 Spring Reactive

前面我们讲述了Spring对面向服务架构的支持，还有另外一种架构模式，就是事件驱动架构。事件驱动架构被普遍认为是云原生首选的架构方案，那么Spring对这方面支持如何？这就涉及到Spring Reactive这个项目了，其核心就是支撑事件驱动架构。

Spring Reactive是面向异步化消息的，消息或者事件是企业集成模式（EIP）首推的架构模式，你可能听说过Spring企业集成（SpringIntegration）这个项目，其主要就是负责企业集成。Spring Reactive的目的则是让事件驱动架构设计也能成为应用架构的首选，而且要更加简单。

这里讲一个题外话：我和一些资深的Spring Boot和Spring Cloud程序员交流过，大家对各种服务化接口设计如数家珍，甚至包括代码层级的细节，但是一讨论到企业集成模式（EIP），都表示这是Martin Fowler的知名大做，问及大家的系统中是否使用到诸如Apache Camel或者Spring Integration，大家都表示现在面向服务结构已经满足业务需求啦。

那么这里就有一个问题，如此知名的EIP、ESB或者EDA为何没有在架构设计中所采纳？是灯下黑被遗忘、还是门槛太高、或者压根就是一个纯理论，完全脱离实践？

在面向服务化的架构设计中，基本都是基于服务接口调用，并且调用是同步的，所以服务编排、API管理起着非常重要的作用。当然在面向服务化的架构设计中，我们也会引入一些消息驱动设计，借助像Kafka或者其他MQ系统，处理一些异步化或者数据分析的场景，如用户注册后发一封邮件、用户登录触发事件进行安全审计、商品信息或价格修改后触发搜索引擎增量索引、用户下单后触发各种通知等等。

面向服务有其好处，但是要解决非常多的问题，如非阻塞、服务注册和发现、高性能、易集成等，这也是很多专家提出云原生场景中，事件驱动架构才是主流。

事件驱动架构不涉及服务注册和发现这些负责的机制，基于消息的路由也非常容易，异步化消息通讯的性能更高（当然你的账单也更小），各种SaaS服务集成也更简单（EventBridge产品）、FaaS触发容易等等。如果你想了解更多，可以看看《Building Event-Driven Microservices》这本书。这里贴一下Redhat推荐的基于微服务思想的事件驱动架构设计，如下：

从这张图中我们可以看出，所有系统之间的交互都是通过消息进行通讯的，微服务不再是面向接口的请求/响应设计，处理来自不同的应用的Request/Response请求，而是以一种异步化的方式不断地在处理来自Broker的消息。

说到这里，你可能明白了，如果说Cloud Native以事件驱动设计架构为核心，那么Spring Reactive的目的是让事件驱动架构简单易用，开发便捷，这个就是Spring Boot和Cloud对面向服务架构的支持是一样的。此外这两种架构并不是矛盾的，都是可以相互共存和相互补充的。

要实现更好的事件驱动架构，两个基础少不了：异步化和消息化。异步化可以解决线程等待的问题，而消息及其消息路由，可以很好地实现应用的松耦合。当前越来越多的产品使用异步化消息方案，各种消息产品中间件自不必说，大家熟知的HTTP/2都是基于异步消息通讯的。

那为何要异步化？我们知道消息处理的模型和同步服务调用是不一样的，如消息处理的Event Loop和Actor模型，都是非常高效的消息处理方式，如果我们在消息处理的过程中，还要处理基于线程池的同步服务调用，势必会影响模型和性能。当然也不是完全不能有同步，只是尽量避免过多的服务同步调用的场景。

围绕异步化和消息的场景，Spring要做非常多的工作，我们都知道Java对异步化支持非常滞后。Java 1.8加入了CompletionStage接口，Java 9添加了Reactive Stream支持介入了Flow。大家一直关注的轻量级线程的Loom项目还在开发中，预计要到Java 17才能发布。

所以目前Java多数的项目项目都会选择Reactive框架，当然Spring团队开发了Reactor框架，增加了Reactor对Netty、Kafka等适配，从而保证从底层开始就是异步化，所以这也是起名为Spring Reactive的原因。

接下来就是大家都看到的场景，Spring Webflux、Spring Integration、Spring Data等众多项目都添加了对异步化的支持，所有的这些调整，就是要确保从底层开始就是全异步化的，你可以理解为5G的非独立组网和独立组网两种方式，只是Spring选择了Reactive这种独立组网、独立生态的方式，当然工作量也是非常大的。这其中就涉及了两个非常大的问题：数据库和分布式通讯。

目前大多数NoSQL产品都提供了异步化的接口，异步化访问NoSQL产品没有什么问题。虽然NoSQL发展很迅猛，但是还是没有撼动数据库的地位，我们都知道Java中数据库访问的规范是JDBC，但是JDBC是同步的接口，所以Spring启动了R2DBC项目，目的就是能够以Reactive异步化接口访问数据库，目前来说，在Spring框架下使用JDBC和R2DBC的体验几乎是一致的。

这里我和同学们同步两个消息：Spring 5.3已经内置R2DBC支持，也就是spring-r2dbc，和spring-jdbc并列。大家都喜欢使用的MySQL数据库，也推出了mariadb-r2dbc 1.0.0稳定版，Oracle也推出了R2DBC版本的驱动。当然Java中的DB框架，Spring JPA、MyBatis等都添加了对R2DBC的适配。Hibernate也推出了hibernate-reactive项目(基于Vert.x database)，虽然是不是基于R2DBC的，但是也是全异步化的。

另外一个问题就是分布式通讯，这个在微服务架构中扮演中非常重要的作用。一直以来Spring主要支持HTTP，但是HTTP协议主要是针对浏览器设计的，在后端服务之间通讯优势并不明显，而且性能上也没有优势。当然基于HTTP/2异步消息通讯的gRPC是一个很好的选择，但是Spring一直没有内置gRPC支持，当然这对大多数开发者来说，这不是什么大问题，第三方的grpc-spring-boot-starter做的也非常好。

如果你关注Spring发布的话应该知道，Spring 5.2后续版本选择RSocket通讯协议，并将RSocket内置到spring-message项目中。为何？RSocket是全异步的二进制消息通讯协议，提供了完备的通讯模型，而且是对等通讯的，非常匹配事件驱动架构，这也是Spring Reactive将RSocket纳入到Spring核心的原因，当然RSocket背后的开发，Spring和阿里团队起着主导作用。

CNCF下有一个CloudEvents规范，主要解决异构系统的事件通讯，消息和事件在数据结构上是一致的，都是Headers和Payload(data)结构，同时包含消息头的扩展。最新的cloudevents-java SDK 2.1，Spring messaging添加了对CloudEvents的支持，同时支持CloudEvent接口的编解码支持，将消息和事件进行了统一和整合，在Spring中处理CloudEvents和消息更简单。

和企业集成相关产品，如Apache Camel, 基于Akka的Alpakk、MuleSoft的Mule 4、Spring Integration等，这些产品都提供了对Reactive的集成，可以说可以和Spring Reactive无缝对接。

五 总结

回到文章的问题，为什么Spring 仍然会是云原生时代最佳平台之一？总结下来，Java和JDK的开发处以非常好的发展，JVM语言良性发展且充满竞争。成熟的Spring Boot和Spring Cloud已经让面向服务的架构设计简单易用，而Spring Reactive则将事件驱动架构更易被使用，同时可以让更多的企业系统完成和Spring Reacitve对接，无论是IoT设备、ESB产品、SaaS或者云服务等。

针对微服务的场景，Spring Cloud提供了成熟的面向架构服务基础，Spring Reactive则是面向未来的事件驱动架构，当然这里并不是说，面向服务的架构已经过时，事实上面向服务的架构非常成功，但是在云原生或新的Serverless环境下，可能事件驱动架构可能更合理一些，或者是两者的配合使用，不用担心，Spring在这两方面都做的非常好。

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