Spring Native

AOT vs JIT

 

1. AOT (Ahead-of-Time):

• 코드가 실행되기 전에 미리 컴파일하는 방식이야.

• 예를 들어, Java에서는 소스 코드를 바이트코드로 컴파일한 후, 다시 기계어로 변환하는 과정을 실행하기 전에 미리 수행하는 경우야.

• 미리 컴파일된 결과물을 실행하기 때문에 런타임 성능이 향상될 수 있지만, 유연성이 떨어질 수 있어.

2. JIT (Just-In-Time):

• 코드가 실행될 때 필요한 부분만 동적으로 컴파일하는 방식이야.

• Java의 경우, 바이트코드를 실행하는 동안 JVM이 실행 중인 메서드를 JIT 컴파일러로 컴파일해서 기계어로 변환해.

• JIT의 장점은 런타임에서 프로그램을 최적화할 수 있다는 것인데, 즉, 실행 중에 프로그램의 성능을 높일 수 있어. 하지만 처음 실행할 때는 컴파일 시간이 추가되기 때문에 성능 저하가 있을 수 있어.

 

정리

 

• AOT: 미리 컴파일해서 실행 전에 최적화된 기계어로 변환.

• JIT: 프로그램이 실행될 때 필요에 따라 동적으로 컴파일하고 최적화.

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Spring Native는 Spring 애플리케이션을 네이티브 이미지로 컴파일해서, 더 빠르게 실행되고 메모리 사용량을 줄이는 것을 목표로 한 프로젝트였어. Spring Native는 GraalVM의 네이티브 이미지 기능을 활용하여, Java 애플리케이션을 네이티브 바이너리로 컴파일할 수 있게 해.

 

Spring Native란?

 

• Spring Native는 GraalVM의 네이티브 이미지 빌드를 지원하는 Spring 프로젝트로, JVM 없이 네이티브 환경에서 Spring 애플리케이션을 실행할 수 있도록 도와줘.

• 일반적인 Java 애플리케이션은 JVM 위에서 실행되지만, 네이티브 이미지를 사용하면 JVM이 필요 없이 더 빠른 기동 시간과 적은 메모리 사용량으로 애플리케이션을 실행할 수 있어.

 

주요 특징

 

1. 빠른 기동 시간: JVM에서 실행되는 Java 애플리케이션은 기동하는 데 시간이 오래 걸릴 수 있어. 하지만 네이티브 이미지로 컴파일하면, 애플리케이션 기동 시간이 크게 단축돼. 서버리스 환경처럼 빠른 응답 시간이 중요한 상황에서 유리해.

2. 낮은 메모리 사용량: JVM에서 실행되는 Java 애플리케이션은 GC와 같은 메모리 관리 기능을 사용하지만, 네이티브 이미지는 필요하지 않은 자바 런타임 메모리를 제거하기 때문에 메모리 사용량이 줄어들어.

3. GraalVM 기반: Spring Native는 GraalVM의 네이티브 이미지 기능을 사용해. GraalVM은 JVM의 대체 런타임이자, Java 코드를 기계어로 직접 변환하는 기능을 제공하는데, Spring Native는 이를 사용해서 네이티브 바이너리를 만들어.

4. 지원되는 Spring 생태계: Spring Native는 대부분의 Spring 프로젝트와 호환돼. Spring Boot, Spring Data, Spring Security 등 여러 모듈이 네이티브 이미지로 컴파일될 수 있도록 지원하고 있어.

 

Spring Native 작동 방식

 

1. 애플리케이션 작성: 기존의 Spring 애플리케이션을 작성하는 것과 동일하게 코드를 작성해.

2. 네이티브 이미지 컴파일: Spring Native는 GraalVM의 네이티브 이미지 빌드 기능을 사용해서 애플리케이션을 기계어로 직접 컴파일해. 이를 통해 JVM 없이도 실행 가능한 단일 실행 파일(바이너리)을 만들어.

3. 실행: 네이티브 이미지로 컴파일된 애플리케이션은 JVM이 필요 없이 바로 실행 가능해. 이로 인해 메모리 사용량이 줄어들고, 실행 시간이 빨라져.

 

Spring Native의 장점

 

1. 서버리스와 클라우드 네이티브 환경에 적합: 기동 시간이 빠르고 메모리 사용량이 적기 때문에, 서버리스나 컨테이너 기반의 클라우드 환경에 적합해. AWS Lambda 같은 서버리스 플랫폼에서 네이티브 이미지는 특히 유리해.

2. 작은 컨테이너 이미지: Spring Native로 네이티브 이미지를 만들면, 일반적인 JVM 기반의 컨테이너 이미지보다 크기가 더 작아. 이는 클라우드 배포와 스케일링에서 이점이 있어.

3. 저전력 장치와 IoT에 적합: 네이티브 이미지로 컴파일된 애플리케이션은 리소스 사용량이 적기 때문에, 저전력 장치나 IoT 디바이스에서도 유용하게 사용될 수 있어.

 

Spring Native의 단점 및 제한사항

 

1. 빌드 시간이 길다: 네이티브 이미지를 만드는 과정은 일반적인 JVM 애플리케이션을 빌드하는 것보다 시간이 오래 걸려. 특히 복잡한 애플리케이션에서는 빌드 시간이 매우 길어질 수 있어.

2. 제한된 리플렉션 사용: GraalVM 네이티브 이미지는 리플렉션 사용에 제한이 있어. Spring의 일부 기능이 리플렉션을 많이 사용하기 때문에, 네이티브 이미지를 만들기 전에 추가적인 설정이 필요할 수 있어.

3. 디버깅 어려움: 네이티브 이미지로 빌드된 애플리케이션은 JVM을 사용하지 않기 때문에, JVM에서 제공하는 디버깅 도구들을 사용할 수 없어. 디버깅이 더 복잡해질 수 있어.

 

Spring Native를 사용하는 방법

 

1. GraalVM 설치: Spring Native는 GraalVM을 사용해서 네이티브 이미지를 생성하니까, 먼저 GraalVM을 설치해야 해.

2. Spring Boot 프로젝트 설정:

Spring Boot 프로젝트에서 Spring Native를 사용하려면 spring-native 의존성을 추가해.

<dependency>
    <groupId>org.springframework.experimental</groupId>
    <artifactId>spring-native</artifactId>
    <version>0.11.1</version>
</dependency>

 

3. 빌드:

Maven이나 Gradle을 통해 네이티브 이미지를 빌드할 수 있어. 예를 들어, Maven의 경우 mvn spring-boot:build-image 명령어로 빌드해.

4. 실행: 네이티브 이미지로 빌드된 파일은 ./target 디렉토리에서 찾을 수 있고, 이를 바로 실행 가능해.

 

Spring Boot 3.0과 Spring Native

 

Spring Boot 3.0부터는 Spring Native의 기능이 Spring AOT(Ahead-of-Time) 컴파일러에 통합됐어. 따라서 Spring Boot 3.0부터는 별도의 Spring Native 프로젝트 없이도 네이티브 이미지를 만들 수 있게 되었어. AOT 컴파일러는 빌드 타임에 많은 최적화를 적용하여, 더 가볍고 빠른 애플리케이션을 만들 수 있도록 도와줘.

 

결론

 

Spring Native는 GraalVM 네이티브 이미지 기능을 활용해서 Java 애플리케이션을 네이티브 바이너리로 변환하여, 기동 시간과 메모리 사용량을 최적화할 수 있어. 서버리스 환경, 클라우드 네이티브 애플리케이션, IoT 환경 등에 적합한 솔루션이지만, 빌드 시간과 리플렉션 사용의 제한 등이 단점으로 꼽힐 수 있어.