현대 소프트웨어 개발의 역동적인 환경에서 마이크로서비스는 선호되는 아키텍처 접근 방식이 되었습니다. 이 방법론은 수많은 이점을 제공하지만 어려움도 있습니다. 대용량 메모리 공간, 확장된 시작 시간, 높은 CPU 사용량과 같은 문제는 종종 기존 JVM 기반 서비스에서 발생합니다. 이러한 과제는 기술적 측면에 영향을 미칠 뿐만 아니라 소프트웨어 솔루션을 실행하고 유지하는 데 드는 전체 비용에 큰 영향을 미칠 수 있는 재정적 영향도 있습니다.

GraalVM 네이티브 이미지란 무엇입니까?

GraalVM 네이티브 이미지는 다양한 프로그래밍 언어와 실행 모드를 지원하는 고성능 런타임인 GraalVM의 핵심 기능입니다. 특히 GraalVM 네이티브 이미지를 사용하면 런타임 중에 JVM(Java Virtual Machine)이 필요하지 않고 Java 애플리케이션을 독립형 네이티브 실행 파일로 미리 컴파일할 수 있습니다. 이 혁신적인 접근 방식은 거의 즉각적인 시작 시간을 표시하고 기존 JVM에 비해 메모리 소비를 크게 줄이는 실행 파일을 생성합니다. 이러한 기본 실행 파일은 세심하게 제작되었으며 애플리케이션 기능에 꼭 필요한 필수 클래스, 메서드 및 종속 라이브러리만 포함되어 있습니다. 기술적 우수성을 넘어 GraalVM 네이티브 이미지는 광범위한 영향을 미치는 전략적 솔루션으로 등장합니다. 이는 기술적인 문제를 극복할 뿐만 아니라 매력적인 재정적 사례를 제시합니다. 효율적이고 안전하며 즉시 확장 가능한 클라우드 네이티브 Java 애플리케이션의 개발을 촉진함으로써 GraalVM은 리소스 활용도를 최적화하고 비용 효율성을 높이는 데 중요한 역할을 합니다. 본질적으로 이는 현대적이고 역동적인 환경에서 소프트웨어 솔루션의 성능과 재정적 효율성을 높이는 데 중추적인 역할을 합니다.

기술적 과제와 재정적 영향

1. 대용량 메모리 공간

기술적 영향
기존 JVM 기반 서비스에서는 로드된 클래스에 대한 클래스 로딩 및 메타데이터로 인해 상당한 메모리 오버헤드가 발생하는 경우가 많습니다.

금융 사건
높은 메모리 소비는 인프라 비용 증가로 이어집니다. GraalVM은 로드된 클래스 및 기타 최적화에 대한 메타데이터를 제거하여 리소스를 보다 효율적으로 사용하여 잠재적인 비용 절감 효과를 가져옵니다.

2. 시작 시간 연장

기술적 영향
마이크로서비스의 콜드 스타트로 인해 응답 시간이 길어지고 사용자 경험에 영향을 미치며 잠재적으로 서비스 저하가 발생할 수 있습니다.

금융 사건
시작 시간이 길어지면 사용자 만족도에 영향을 미칠 뿐만 아니라 운영 비용도 높아집니다. 클래스 로딩 오버헤드 제거 및 빌드 중 이미지 힙 사전 생성과 같은 GraalVM의 최적화는 시작 시간을 대폭 줄여 잠재적으로 운영 비용을 최소화합니다.

3. 높은 CPU 사용량

기술적 영향
기존 JVM은 시작 시 프로파일링 및 JIT(Just-In-Time) 컴파일을 위해 CPU 주기를 소모하는 경우가 많습니다.

금융 사건
과도한 CPU 사용량으로 인해 클라우드 인프라 비용이 증가합니다. GraalVM의 프로파일링 및 JIT 작업 오버헤드 방지는 CPU 소비 감소에 직접적으로 기여하여 클라우드 사용 시 잠재적인 비용 절감으로 이어집니다.

콜드 스타트 ​​문제 해결

특히 서버리스 또는 컨테이너화된 환경의 마이크로서비스는 콜드 스타트 ​​문제에 직면하여 응답 시간과 사용자 경험에 영향을 미치는 경우가 많습니다. GraalVM은 여러 가지 최적화를 구현하여 이 문제를 해결합니다.

1. 클래스 로딩 오버헤드 없음

기존 Java 애플리케이션은 런타임 시 클래스 로딩을 사용하여 클래스를 동적으로 로드하고 연결합니다. 이 프로세스는 특히 시작 단계에서 오버헤드를 발생시킵니다. GraalVM은 정적 또는 AOT(Ahead-of-Time) 컴파일이라는 프로세스를 통해 이러한 오버헤드를 최소화합니다. 여기에는 애플리케이션에 필요한 모든 클래스를 미리 로드하고 연결하고 부분적으로 시작하는 작업이 포함됩니다. 결과적으로 애플리케이션 시작 중에 런타임 클래스 로딩이 필요하지 않습니다.

2. 해석된 코드 제거

기존 Java Virtual Machine은 Just-In-Time(JIT) 컴파일을 적용하기 전에 해석된 실행 모드를 사용합니다. 이로 인해 시작이 지연되고 CPU 사용량이 증가할 수 있습니다. 기본 실행 파일에는 해석된 코드가 포함되어 있지 않으므로 시작 시간이 더욱 빨라집니다.

3. 프로파일링 및 JIT 작업 오버헤드 없음

GraalVM은 Just-In-Time(JIT) 컴파일러를 시작할 필요를 우회하여 시작 중 CPU 사용량을 줄입니다.

4. 빌드 시 이미지 힙 생성

GraalVM의 기본 이미지 유틸리티를 사용하면 빌드 프로세스 중에 특정 클래스에 대한 초기화 프로세스를 실행할 수 있습니다. 이로 인해 사전 초기화된 부분을 포함하는 이미지 힙이 생성되어 애플리케이션 시작 속도가 빨라집니다.

Oracle GraalVM의 기본 이미지 유틸리티는 기존 JVM 기반 애플리케이션보다 거의 100배 빠른 시작 시간을 보여주었습니다. 아래 그래프는 HotSpot과 비교하여 GraalVM의 효율성을 보여주는 런타임 메모리 요구 사항의 실질적인 감소를 보여줍니다(그림 1).

그림 1 – 기본 실행 파일이 거의 즉시 시작됩니다(oracle.com)

더 적은 메모리 공간 확보

GraalVM은 다음 최적화를 통해 메모리 사용량을 줄이는 데 기여합니다.

1. 로드된 클래스에 대한 메타데이터 없음

GraalVM은 힙이 아닌 메모리에 동적으로 로드된 클래스에 대한 메타데이터를 저장하지 않습니다. 빌드 프로세스 중에 필요한 클래스 정보가 미리 로드되고 연결되므로 런타임 시 추가 메타데이터의 필요성이 최소화됩니다.

2. 프로파일링 데이터 또는 JIT 최적화 없음

바이트코드가 이미 네이티브 코드에 있으므로 GraalVM은 JIT 최적화를 위한 프로파일링 데이터를 수집할 필요가 없으므로 메모리 오버헤드가 줄어듭니다.

3. 절연 기술

GraalVM은 힙을 더 작고 독립적인 "힙"으로 분할하는 기술인 Isolates를 도입하여 특히 요청 처리 시나리오에서 효율성을 향상시킵니다.

일반적으로 JVM에서 실행하는 것보다 최대 5배 적은 메모리를 소비합니다(그림 2)

그림 2 – Go 또는 Java HotSpot(oracle.com)과 비교한 기본 실행 파일 메모리

결론적으로 GraalVM의 기본 이미지 유틸리티는 마이크로서비스로 인한 문제에 대한 혁신적인 솔루션을 제공하여 시작 시간, 메모리 공간 및 CPU 사용 문제를 해결합니다. GraalVM을 채택함으로써 개발자는 효율적이고 안전할 뿐만 아니라 우수한 사용자 경험을 제공하는 클라우드 네이티브 Java 애플리케이션을 만들 수 있습니다.

Quarkus를 사용한 네이티브 Java

Quarkus 서비스를 네이티브 이미지로 컴파일하기 위해 다양한 방법을 사용할 수 있습니다. 이 문서에서는 Quarkus 네이티브 빌드 절차를 자세히 다루지는 않지만 필수 단계에 대한 개요를 제공합니다.

네이티브 이미지 구축을 위한 접근 방식을 진행하기 전에 pom.xml 파일에 적절한 네이티브 프로필을 설정하는 것이 중요합니다. 다음 프로필을 추가하세요:

nativenative

GralVM이 설치된 기본 실행 파일 생성

다음 명령을 사용하여 GraalVM 버전을 확인하세요.

./gu info native-image

이 명령은 설치된 GraalVM 버전을 표시합니다.

Downloading: Component catalog from www.graalvm.org
Filename : https://github.com/graalvm/graalvm-ce-builds/releases/download/vm-22.3.0/native-image-installable-svm-java19-linux-amd64-22.3.0.jar
Name     : Native Image
ID       : native-image
Version  : 22.3.0
GraalVM  : 22.3.0
Stability: Experimental
Component bundle native-image cannot be installed
        - The same component Native Image (org.graalvm.native-image[22.3.0.0/55b341ca1bca5219aafa8ed7c8a2273b81d184dd600d8261c837fc32d2dedae5]) is already installed in version 22.3.0

네이티브 실행 파일을 만들려면 다음을 사용하세요.

./mvnw install -Dnative

이 명령은 대상 디렉터리에 *-runner 바이너리를 생성하여 기본 실행 파일을 실행할 수 있도록 합니다.

./target/*-runner

GraalVM을 설치하지 않고 기본 실행 파일 생성

GralVM을 로컬에 설치하는 데 문제가 있는 경우 컨테이너 내 빌드를 사용할 수 있습니다.

./mvnw install -Dnative -Dquarkus.native.container-build=true -Dquarkus.native.builder-image=graalvm

이 명령은 Docker 컨테이너 내에서 빌드를 시작하고 필요한 이미지 파일을 제공합니다. 그런 다음 다음을 사용하여 애플리케이션을 시작할 수 있습니다.

./target/*-runner

네이티브 이미지 구축이 어려운 경우 RedHat 팀은 Mandrel이라는 Quarkus 프레임워크용으로 설계된 GraalVM의 특수 배포판을 제공합니다. 맨드릴 합리화
Quarkus 애플리케이션에 필수적인 네이티브 이미지 기능에만 초점을 맞춘 GraalVM. Mandrel을 사용하려면 다음 단계를 따르세요.

1. 적절한 Mandrel 버전 Mandrel 저장소 식별

2. application.properties 파일에서 Mandrel 버전을 설정합니다:
   

quarkus.native.builder-image=quay.io/quarkus/ubi-quarkus-mandrel-builder-image:23.0.1.2-Final-java17

3. Maven 빌드 명령을 실행합니다:

./mvnw clean install -Pnative

수동으로 컨테이너 생성

컨테이너 생성을 수동으로 제어하려는 경우 다단계 Docker 빌드를 사용할 수 있습니다.

FROM quay.io/quarkus/ubi-quarkus-mandrel-builder-image:23.0.1.2-Final-java17 AS build
COPY --chown=quarkus:quarkus mvnw /app/mvnw
COPY --chown=quarkus:quarkus .mvn /app/.mvn
COPY --chown=quarkus:quarkus pom.xml /app/
USER quarkus
WORKDIR /app
RUN ./mvnw -B org.apache.maven.plugins:maven-dependency-plugin:3.6.1:go-offline
COPY src /app/src
RUN ./mvnw package -Dnative

FROM quay.io/quarkus/quarkus-micro-image:2.0
WORKDIR /app/
COPY --from=build /app/target/*-runner /app/application

RUN chmod 775 /app /app/application \
  && chown -R 1001 /app \
  && chmod -R "g rwX" /app \
  && chown -R 1001:root /app

EXPOSE 8080
USER 1001

CMD ["./application", "-Dquarkus.http.host=0.0.0.0"]

이 Dockerfile은 다단계 빌드를 조정하여 Quarkus 애플리케이션과 함께 Docker 이미지를 생성합니다. 이 Dockerfile을 실행하여 Quarkus 애플리케이션을 실행할 준비가 된 Docker 이미지를 생성하세요.

요약

GraalVM 네이티브 이미지는 Java 마이크로서비스를 개발하고 배포하는 방식을 혁신할 수 있는 강력한 기술입니다. GraalVM 네이티브 이미지를 채택하면 다음과 같은 마이크로서비스를 만들 수 있습니다.

• 더 빠르게
• 확장성 향상
• 배포가 더 간편함
• 보다 비용 효율적인

GraalVM 네이티브 이미지는 클라우드 네이티브 Java 개발의 핵심 요소이며 비즈니스에서 요구하는 성능, 확장성 및 비용 절감을 달성하는 데 도움이 될 수 있습니다.