Cloud-Native Java là gì? Các tính năng của Cloud-Native Java

Bizfly Cloud

2201

14-09-2024

Cùng tìm hiểu những khái niệm cơ bản và tiếp cận phương pháp phát triển ứng dụng Java theo hướng đám mây. Bài viết này Bizfly Cloud sẽ cung cấp những công cụ và hướng dẫn chi tiết để biến dự án của bạn trở nên phù hợp với nền tảng đám mây.

Giới Thiệu về Giải Pháp Java Đám Mây

Giải pháp đám mây không còn là điều mới mẻ. Kể từ khi các dịch vụ ảo hóa đầu tiên xuất hiện vào những năm 90, việc di chuyển quy trình phát triển phần mềm ra khỏi máy tính cá nhân để đưa lên đám mây chỉ còn là vấn đề thời gian. Việc viết, triển khai và quản lý ứng dụng ngoài máy tính cá nhân mở ra vô số cơ hội cho các doanh nghiệp trên khắp thế giới. Và những người sử dụng Java, một trong những ngôn ngữ lập trình phổ biến nhất, là những người hưởng lợi nhiều nhất từ phương pháp này nhờ vào các công nghệ như container, tối ưu hóa JVM, các framework đa năng và công nghệ hình ảnh gốc.

Trong tài liệu này, chúng ta sẽ đi qua các giải thích cơ bản về phát triển ứng dụng Java theo hướng đám mây và tìm hiểu về phạm vi khả năng mà nhiều công cụ mang lại. Bạn sẽ nhận được mọi thứ cần thiết để biến dự án của mình trở nên phù hợp với đám mây: công cụ, đánh giá lợi ích và hạn chế, hướng dẫn chi tiết và ví dụ đi kèm để bạn có thể bắt đầu ngay lập tức.

Cloud - Native Java là Gì?

Để hiểu về khái niệm này, trước tiên chúng ta cần xem xét các thành phần cấu thành của nó. Như VMware đã định nghĩa, phương pháp phát triển đám mây dựa trên bốn trụ cột: microservices, container, CI/CD và DevOps.

Một microservice có nhiều đặc điểm. Đó là một thành phần ứng dụng độc lập, nhỏ gọn với mức độ tự chủ cao về triển khai và khả năng mở rộng. Kiến trúc microservice đại diện cho một tập hợp các thành phần kết nối lỏng lẻo, hoạt động độc lập, mỗi phần thực hiện chức năng riêng của mình và giao tiếp với nhau qua API. Là một phương án thay thế cho kiến trúc đơn khối, microservices nhẹ và tuyệt vời cho việc xây dựng giao diện rõ ràng.

Sự phổ biến rộng rãi của microservices khiến Docker container trở nên không thể thiếu. Chúng thường được đặt lên so sánh với máy ảo vì sử dụng một loại ảo hóa riêng biệt, nhẹ hơn dựa trên các thực thể hệ điều hành. Một ảnh container được xây dựng theo lớp và bao gồm mọi thứ mà ứng dụng cần để chạy trên đám mây: mã lệnh cùng với các phụ thuộc, framework, gói OS và hệ điều hành, môi trường runtime, công cụ hệ thống và thư viện. Kích thước của container phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhưng luôn bao gồm ảnh OS cơ bản và runtime.

Tích hợp liên tục (CI) và giao hàng liên tục (CD) giúp chu kỳ phát hành ứng dụng của bạn nhanh chóng, thường xuyên và đáng tin cậy. Những phương pháp này dựa trên phương pháp luận Agile và phụ thuộc vào tự động hóa để đưa các bản cập nhật vào sản xuất theo từng phần nhỏ thay vì một lần cập nhật lớn.

DevOps, viết tắt của "phát triển phần mềm" và "hoạt động CNTT," là một khái niệm bao quát. Đó được định nghĩa là sự kết hợp của con người, quy trình và kết quả cuối cùng để đảm bảo việc giao hàng phần mềm tự động. Khi một tổ chức áp dụng DevOps, mọi thủ tục đều được thiết lập để chuẩn bị mã cho việc triển khai bất cứ lúc nào: Nó hoạt động với tinh thần sản xuất trước và văn hóa trang web trực tiếp. Các nhà phát triển và bộ phận vận hành hợp tác để khách hàng của họ nhận được sản phẩm chất lượng cao nhất.

Vậy, trong nghĩa thuần túy nhất, phát triển cloud Java là một cách tiếp cận để xây dựng các ứng dụng Java và dựa trên JVM với mục tiêu ban đầu là hướng tới các khung làm việc đám mây thay vì được điều chỉnh sau đó. Phần mềm loại này nên được viết với công nghệ bản địa của điện toán đám mây và thể hiện ít nhất một số tính năng sau:

• Microservices được đóng gói trong container
• API được định nghĩa rõ ràng để giao tiếp
• Hỗ trợ các giao diện và thiết bị người dùng khác nhau
• Tích hợp các thực hành DevOps và ống dẫn CI/CD
• Yêu cầu thấp về quản lý thủ công
• Khả năng mở rộng động theo chiều ngang và dọc
• Các mô hình cơ sở dữ liệu đa dạng

Tại Sao Chọn Java?

Java đã kỷ niệm 25 năm vào năm 2020. Trong khi nhiều công nghệ khác xuất hiện và biến mất trong thời gian đó, ngôn ngữ này vẫn tiếp tục phát triển. Điều này nhờ vào Quy trình Cộng đồng Java (JCP) giúp tối ưu hóa các tiêu chuẩn Java cho mọi nhu cầu tiến bộ và chu kỳ phát hành sáu tháng một lần.

Nhờ lịch sử lâu dài, ngành công nghiệp có rất nhiều hệ thống, dịch vụ và ứng dụng dựa trên Java. Nó cạnh tranh với Python và JS như là ngôn ngữ lập trình phổ biến nhất cho doanh nghiệp hàng năm. Chưa kể đến vô số công cụ đi kèm giúp đơn giản hóa việc phát triển Java: Spring, IntelliJ IDEA, Eclipse, NetBeans, JUnit và nhiều hơn nữa.

Java vẫn giữ được sức sống trong kỷ nguyên đám mây nhờ vào nhiều nỗ lực của một số công ty trong các dự án OpenJDK và GraalVM do Oracle dẫn đầu. GraalVM hỗ trợ các nhà phát triển xây dựng microservices đáp ứng hầu hết các yêu cầu hiện đại của đám mây.

Tính Năng Đám Mây trong OpenJDK

Có thể bạn vẫn đang tự hỏi liệu Java có phải là lựa chọn đúng cho các ứng dụng đám mây không. Đã có mặt trên thị trường trong thời gian dài, Java là ngôn ngữ tiên tiến và phát triển cùng với người dùng của mình. Trải qua nhiều năm, nó đã tích lũy được rất nhiều tính năng đã làm cho nó nhẹ nhàng hơn về mặt bộ nhớ và nhanh hơn mọi cách. Hãy xem xét con đường của Java hướng tới việc trở nên phù hợp với đám mây.

JDK 9 đã giới thiệu các chuỗi compact, giúp tiết kiệm không gian heap của JVM và tối ưu hóa việc tiêu thụ bộ nhớ. Một API khách hàng HTTP hoàn toàn mới cũng xuất hiện trong JDK 9 để triển khai HTTP/2 và WebSocket. Chưa kể đến nhận thức về giới hạn của container cũng được đưa vào JDK 8, phân bố phổ biến nhất hiện nay.

Bước tiếp theo của cộng đồng OpenJDK là dạy các bộ thu gom rác cách trả lại bộ nhớ đệm không sử dụng trở lại cho hệ điều hành. Điều này được triển khai trong JDK 12 cho bộ thu gom rác mặc định G1. Sau đó, hai bộ thu gom rác thời gian thấp mới, ZGC có khả năng mở rộng (được tích hợp lần đầu vào JDK 11) và Shenandoah GC thời gian dừng thấp (được tích hợp lần đầu vào JDK 12) đã chuyển từ tính năng thử nghiệm sang tính năng sản phẩm trong JDK 15. Những bộ thu gom này cố gắng giải quyết vấn đề phổ biến của các thời gian dừng thu gom rác đầy đủ quá lâu và tăng cường phản hồi tổng thể trên đám mây.

Cuối cùng, việc thu gom metaspace nổi tiếng chứa dữ liệu lớp HotSpot đã được cải thiện về độ đàn hồi trong JDK 16, phiên bản mới nhất tính đến thời điểm viết Refcard này. Điều này có nghĩa là trả lại bộ nhớ không sử dụng cho hệ điều hành càng nhanh càng tốt, giảm thiểu dấu chân và cắt giảm chi phí bảo trì.

Các Thành Phần và Phương Pháp Chính của Java Đám Mây

Vậy bạn đã có một ứng dụng Java và sẵn sàng triển khai nó lên đám mây. Nó có thể là đám mây công cộng hay riêng tư, không có sự khác biệt ở đây. Trong mọi trường hợp, đám mây được biểu diễn bằng một tập hợp các thực thể ảo, nơi chúng ta cần có một hệ thống riêng biệt để tự động quản lý (thêm, cập nhật, mở rộng và xóa) phần mềm được cung cấp trong container. Kubernetes có lẽ sẽ là lựa chọn đầu tiên và tốt nhất của bạn cho việc điều phối container.

Để truy cập Kubernetes và tiếp xúc với ứng dụng container hóa cho người dùng, sau đó bạn sẽ chọn một bộ điều khiển nhập cảnh. Ngoài các công dụng khác, nó tích hợp trơn tru với bộ cân bằng tải và proxy. Chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng triển khai NGINX mã nguồn mở do cộng đồng Kubernetes sản xuất, mặc dù có rất nhiều lựa chọn khác. Bây giờ là lúc để xây dựng các container microservice.

Mặc dù DevOps là một thành phần cần thiết của đám mây bản địa, có một sự khác biệt giữa DevOps và quy trình của các nhà phát triển thuần túy trong việc xây dựng phần mềm. DevOps xoay quanh tự động hóa và quản lý phát hành; các nhà phát triển chuyên về việc viết mã và triển khai cụ thể.

Trong Refcard này, chúng tôi sẽ trình bày các phương pháp phát triển Java đám mây khác nhau nhưng tập trung nhiều hơn vào phần sau (tham khảo các Refcard khác mà làm nổi bật phần trước). Hãy xem xét ba phương pháp sau để tăng cường hiệu suất một cách hiệu quả theo phong cách đám mây:

Phương Pháp 1. Dễ Dàng: JVM trong Linux Containers

Container Docker, một thành phần quan trọng khác của đám mây bản địa, không khó để hiểu. Ngày xưa, các tệp WAR được triển khai trên máy chủ web, hoạt động như các hệ thống cô lập. Có thể coi đây là hình thức container hóa sơ khai, mặc dù thiếu cấu hình dịch vụ có cấu trúc mà ý thức đám mây bản địa yêu cầu. Bây giờ, các container Linux dựa trên chức năng cgroups đã dẫn đầu, cùng với phương pháp ảo hóa cấp hệ đi

hành.

Hôm nay, container là công cụ tuyệt vời để hỗ trợ việc triển khai các ứng dụng Java phức tạp. Dưới đây là một cách thiết lập có thể:

• Một hệ điều hành hypervisor chạy trên máy chủ tại trung tâm dữ liệu của nhà cung cấp dịch vụ đám mây
• Một hệ điều hành khách chạy trên máy ảo do hypervisor cung cấp
• Docker chạy trên hệ điều hành khách và cung cấp môi trường chạy container
• JVM bên trong container - cả một loại máy ảo và một loại máy mô phỏng - chạy bytecode Java trên kiến trúc CPU máy chủ.

Thiết Lập Môi Trường Java Đám Mây Của Bạn

Chúng tôi rất muốn đề cập đến mỗi phương pháp một cách chi tiết. Tuy nhiên, không gian trong một Refcard là có hạn. Thay vì cố gắng nắm bắt nhiều hơn những gì có thể, phần này sẽ tập trung vào phương pháp thứ ba, Spring và native images, vì đây là phương pháp mới nhất, ít được đề cập đến trong không gian, cũng như thuận tiện nhất cho các nhà phát triển không muốn cải tạo toàn bộ dự án của mình.

Quá trình xây dựng môi trường Java đám mây của bạn không đòi hỏi nhiều nỗ lực. Hãy bắt đầu thiết lập bộ công cụ:

• Kubernetes
• Bộ điều khiển truy nhập NGINX
• Spring Boot
• Apache Maven
• Liberica Native Image Kit

Chúng tôi sẽ không dành quá nhiều thời gian cho hai phần mềm đầu tiên, Kubernetes và NGINX. Có rất nhiều hướng dẫn khác nhau để thiết lập Kubernetes và các công cụ liên quan của nó.

Ba sản phẩm cuối cùng ở đây tương thích hoàn toàn với nhau. Khi xây dựng một container Docker chuẩn trong Spring với plugin Maven, nó tự động chọn Liberica JDK làm ảnh nền runtime. Hơn nữa, Java Buildpack tải xuống Liberica JRE từ các bản phát hành GitHub của BellSoft theo mặc định với Paketo, một dự án của Cloud Foundry. Khung làm việc Spring và Liberica là sự kết hợp hoàn hảo để biến dự án của bạn trở nên phù hợp với đám mây.

Kết Luận

Chúng ta đã có thể giải thích những nền tảng cơ bản của Java đám mây, nêu lên ba phương pháp tiếp cận và trình bày việc sử dụng một công cụ đầy đủ để tạo điều kiện cho sự chuyển đổi, Liberica Native Image Kit với Spring Native. Với Refcard giới thiệu này, bạn có thể bắt đầu khám phá một mình và đưa dự án của mình lên một tầm cao mới.