こんにちは。@phonypianistです。
本投稿はアクロクエストアドベントカレンダー 12月21日の記事です。

最近、Quarkusアプリを本番適用しました。
QuarkusはJavaアプリを作るための軽量なフレームワークで起動が速いって聞くけど、実際どれくらい速いんだろう？と気になったので、Spring Bootや、類似OSSのMicronautと比べてみました。

背景

JavaのフレームワークといえばSpringBootが主流ですが、起動が遅かったり、必要なメモリが多かったりしています。これは、アプリ起動時にリフレクションを用いてDI（Dependency Injection）を行っているのが要因の1つです。

マイクロサービス、コンテナネイティブなアプリケーションは、負荷の状況に応じて、シームレスにスケールアウトできる必要があります。アプリケーションの起動速度が遅かったり、メモリ消費量が多かったりすると、負荷に対してシステムの性能が追随できません。

この問題を解決し高速化するために、QuarkusやMicronautといった新しいフレームワークが登場しています。

ja.quarkus.io

micronaut.io

QuarkusもMicronautも、コンパイル時にDIの解決を行うことで、起動速度や処理速度の向上、およびメモリ使用量の削減ができます。

簡単に、SpringBoot、Quarkus、Micronautの特徴を以下にまとめます。

フレームワーク	特徴
SpringBoot	Spring Frameworkの設定を簡単に行えるようにし、使いやすくしたフレームワーク Spring Frameworkの機能があらかじめ組み込まれており、定義のみで様々な機能を利用できるようになっている
Quarkus	KubernetesネイティブなJava フレームワークメモリ使用量が少なく、起動時間が短くなるように最適化されている
Micronaut	メモリ使用量が少なく、起動時間が短くなるようにしたJava フレームワーク SpringBootと一部互換性を持っており、SpringBootから移行しやすいように作られている

QuarkusやMicronautでは、GraalVMを使用してネイティブアプリも作ることができます。これにより、アプリの起動時間を飛躍的に短縮し、メモリも節約することができます。
※Spring Bootもネイティブアプリが作れるようになりましたが、いくつか課題があるため今回は対象外としています。

今回は、アプリの起動における性能について、SpringBoot、Quarkus、Micronautでどれくらい異なるのか、調べてみました。 QuarkusとMicronautは、ネイティブアプリも計測してみました。

前提

環境構成

AWS Fargateを用いて、以下のアプリを起動します（それぞれ1コンテナずつ、計5コンテナを起動）。

SpringBoot (Java)
Quarkus (Java)
Quarkus (Native)
Micronaut (Java)
Micronaut (Native)

アプリの1コンテナあたりのリソースは、1vCPU、2GBメモリを割り当てました。

検証に使用するアプリ

データベースのテーブルにあらかじめ入っているレコードを取得・返却するアプリです。 REST APIを提供し、クライアントからそのAPIが呼び出されると、JPAを用いてデータベースからレコードを取得し、クライアントに返却します。 SpringBoot、Quarkus、Micronautそれぞれ同じ処理内容にしてあります。

使用するミドルウェア・ライブラリのバージョンは以下の通りです。

Java：17
SpringBoot：3.0.0
Quarkus：2.13.1.Final
Micronaut：3.7.1

それぞれのソースコードは以下の通りです。

SpringBoot

UserController.java

@RestController
@RequestMapping("user")
public class UserController {

    private final UserService userService;

    public UserController(UserService userService) {
        this.userService = userService;
    }

    @GetMapping
    Iterable<User> getAllUsers() {
        return userService.getAllUsers();
    }

    @GetMapping("/{userId}")
    User getUser(@PathVariable("userId") String userId) {
        return userService.getUser(userId);
    }

}

UserService.java

@Component
public class UserService {

    private final UserRepository userRepository;

    public UserService(UserRepository userRepository) {
        this.userRepository = userRepository;
    }

    public Iterable<User> getAllUsers() {
        return userRepository.findAll();
    }

    public User getUser(String userId) {
        return userRepository.findById(userId).orElseThrow(() -> new RuntimeException(userId));
    }

}

UserRepository.java

@Repository
public interface UserRepository extends CrudRepository<User, String> {

}

Quarkus

UserResource.java

@Path("/user")
@Produces("application/json")
public class UserResource {

    @Inject
    UserService userService;

    @GET
    public List<User> getAllUsers() {
        return userService.getAllUsers();
    }

    @GET
    @Path("/{userId}")
    public User getUser(@PathParam("userId") String userId) {
        return userService.getUser(userId);
    }

}

UserService.java

@ApplicationScoped
public class UserService {

    @Inject
    UserRepository userRepository;

    public List<User> getAllUsers() {
        return userRepository.findAllUsers();
    }

    public User getUser(String userId) {
        return userRepository.findByUserId(userId);
    }

}

UserReposirory.java

@ApplicationScoped
public class UserRepository implements PanacheRepository<User> {

    public List<User> findAllUsers() {
        return findAll().list();
    }

    public User findByUserId(String userId) {
        return find("user_id", userId).firstResult();
    }

}

Micronaut

UserController.java

@Controller("/user")
public class UserController {

    private final UserService userService;

    public UserController(UserService userService) {
        this.userService = userService;
    }

    @Get
    Iterable<User> getUsers() {
        return userService.getUsers();
    }

    @Get("/{userId}")
    User getUser(@PathVariable("userId") String userId) {
        return userService.getUser(userId);
    }

}

UserService.java

@Singleton
public class UserService {

    private final UserRepository userRepository;

    public UserService(UserRepository userRepository) {
        this.userRepository = userRepository;
    }

    public Iterable<User> getUsers() {
        return userRepository.findAll();
    }

    public User getUser(String userId) {
        return userRepository.findById(userId).orElseThrow(() -> new RuntimeException(userId));
    }

}

UserRepository.java

@Repository
public interface UserRepository extends CrudRepository<User, String> {

}

計測内容

5つのアプリを起動して、それぞれの起動速度（起動にかかった時間）と、メモリ使用量を計測します。

起動にかかった時間は、CloudWatchログに出力される、アプリ（各フレームワーク）の起動時間を確認します。メモリ使用量は、CloudWatchメトリクスの値を確認します。

1つのアプリに対して5回起動し、最大と最小を除く3回分の、起動にかかった時間とメモリ使用量の平均値を計算しました。

計測結果

起動完了までの時間は、以下のようになりました。

起動完了までの時間は、やはりQuarkusもMicronautも、ネイティブアプリが爆速です。
Javaアプリの中では、Quarkusが他のフレームワークと比べると速くなっています。

続いて、起動直後のメモリ使用量です。

メモリ使用量も、やはりネイティブアプリがJavaアプリの半分の量の消費で抑えられています。特にQuarkusのネイティブアプリはたった12MBの消費で抑えられています。
Javaアプリでは、SpringBootよりQuarkusやMicronautの方が、少し消費量が低くなっています。

まとめ

やはり、ネイティブアプリは起動時間もメモリ使用量もパフォーマンスが良いですね。 Javaアプリの中では、Quarkusが他のフレームワークよりもパフォーマンスが良いようです。
※アプリの構成や環境によって、変わることがあります。

今回は、起動時のパフォーマンスについて検証しました。
次回は、リクエスト処理性能について検証したいと思います。

それでは。

Acroquest Technologyでは、キャリア採用を行っています。

ディープラーニング等を使った自然言語／画像／音声／動画解析の研究開発

Elasticsearch等を使ったデータ収集／分析／可視化

マイクロサービス、DevOps、最新のOSSを利用する開発プロジェクト

書籍・雑誌等の執筆や、社内外での技術の発信・共有によるエンジニアとしての成長

　少しでも上記に興味を持たれた方は、是非以下のページをご覧ください。 www.wantedly.com

Taste of Tech Topics

Acroquest Technology株式会社のエンジニアが書く技術ブログ

SpringBoot/Quarkus/Micronautの性能を検証してみた～その1 起動編～

背景

前提

環境構成

検証に使用するアプリ

SpringBoot

Quarkus

Micronaut

計測内容

計測結果

まとめ