Buildpacks를 사용한 Java 컨테이너 빌드: 최적화 팁과 성능 개선 방법

소프트웨어 개발에서 컨테이너화는 배포 및 확장의 중요한 도구로 자리 잡았습니다. 많은 개발자들이 여전히 각 단계마다 Dockerfile을 작성하여 컨테이너 이미지를 빌드하고 있지만, 이는 시간이 많이 소요되고 유지 관리가 까다로울 수 있습니다. 이를 해결하기 위한 Buildpacks가 등장하면서, 개발자는 복잡한 설정 없이도 손쉽게 애플리케이션을 컨테이너로 변환할 수 있게 되었습니다. Buildpacks는 애플리케이션 코드를 자동으로 분석하여 최적의 컨테이너 이미지를 만들어 줍니다.

이번 글에서는 Buildpacks가 작동하는 원리와 이를 활용해 성능을 최적화하는 방법에 대해 살펴보겠습니다. 특히 Java 애플리케이션을 컨테이너화하는 과정을 중점적으로 다루며, 성능 최적화를 위한 다양한 팁도 제공합니다.

 

Buildpacks를 사용한 Java 컨테이너 빌드: 최적화 팁과 성능 개선 방법

 

Buildpacks란 무엇인가?

Buildpacks는 애플리케이션 소스 코드를 실행 가능한 프로덕션 준비 상태의 컨테이너 이미지로 변환하는 도구입니다. 개발자는 복잡한 Dockerfile을 작성할 필요 없이 Buildpacks를 통해 필요한 모든 종속성 관리와 설정을 자동으로 처리할 수 있습니다.

 

Buildpacks의 역사

Buildpacks는 2011년 Heroku에서 처음 도입되었습니다. 이후 Cloud Foundry, Google 등 여러 기업이 이를 채택했으며, 2018년 Heroku는 Pivotal과 협력해 Cloud Native Buildpacks 프로젝트를 만들었습니다. 이 프로젝트는 OCI 형식과 같은 컨테이너 이미지 표준을 포괄하며, **Cloud Native Computing Foundation(CNCF)**의 일부로 운영되고 있습니다.

Paketo Buildpacks는 이번 글에서 주로 다룰 오픈 소스 프로젝트로, Cloud Foundry에서 지원하며, VMware가 후원하고 있습니다. Paketo Buildpacks는 Java를 포함한 다양한 언어를 지원하며, 생성된 컨테이너는 어떤 클라우드에서도 실행 가능합니다.

 

Buildpacks의 작동 방식

Buildpacks는 크게 두 가지 주요 단계로 나뉩니다: **탐지(Detect)**와 빌드(Build) 단계입니다.

 

1. 탐지(Detect) 단계

탐지 단계에서 Buildpack은 소스 코드를 분석하여 적용할 Buildpack을 자동으로 선택합니다. 다양한 Buildpack 그룹이 소스 코드와 비교되며, 가장 적합한 그룹이 선택됩니다. 선택된 Buildpack은 이미지 생성에 필요한 요구 사항을 반환하고, 이 정보는 빌드 단계로 넘어가게 됩니다.

 

2. 빌드(Build) 단계

빌드 단계에서는 Buildpack이 코드베이스를 변환하고, 필요한 빌드 환경과 런타임 환경을 제공하며, 필요한 경우 종속성을 다운로드하고 코드를 컴파일합니다. 또한, 애플리케이션의 진입점을 설정하고 시작 스크립트를 구성합니다.

 

빌더(Builder)

빌더는 컨테이너 이미지를 빌드하는 데 필요한 구성 요소의 조합입니다:

• Buildpacks: 코드 분석 및 빌드 플랜을 제공하는 실행 파일 세트
• 스택(Stack): 빌드 환경과 런타임 환경을 제공하는 두 개의 이미지로 구성된 스택
• 라이프사이클(Lifecycle): Buildpack 실행을 관리하고 결과물을 최종 이미지로 조립하는 역할

이러한 요소들이 조합되어 다양한 애플리케이션을 자동으로 감지하고 빌드할 수 있습니다.

 

 

다양한 JVM 선택하기

Paketo Buildpacks는 기본적으로 Liberica JVM을 사용합니다. Liberica는 Java 개발자들에게 잘 알려진 HotSpot 기반의 Java 런타임으로, 주요 OpenJDK 기여자가 지원하며, Spring에서도 권장하는 런타임입니다. Liberica는 JDK 및 JRE 모두를 제공하며, GraalVM 기반의 네이티브 이미지를 지원하여 빠른 스타트업을 필요로 하는 AWS 같은 환경에서 유용합니다.

그러나 Paketo Buildpacks는 Liberica 외에도 다양한 Java 배포판을 지원합니다:

• Adoptium
• Alibaba Dragonwell
• Amazon Corretto
• Azul Zulu
• Eclipse OpenJ9
• Oracle JDK
• Microsoft OpenJDK
• SapMachine

필요에 따라 JVM을 변경할 수 있으며, 각 JVM마다 제공하는 버전 및 기능이 다르기 때문에 프로젝트 요구사항에 맞춰 선택하는 것이 중요합니다. 예를 들어, Eclipse OpenJ9는 OpenJ9 JVM을 기반으로 하여 특정 상황에서 HotSpot보다 성능이 우수할 수 있습니다. 하지만 기본적으로는 HotSpot이 많이 사용되며, 몇 가지 매개변수를 추가해 성능을 더욱 향상시킬 수 있습니다.

 

 

Paketo Buildpacks 사용법

이제 Paketo Buildpacks를 사용해 Java 컨테이너를 빌드하는 방법을 알아보겠습니다.

 

1. Docker 실행

먼저 Docker가 설치되고 실행 중인지 확인합니다. 만약 Docker가 없다면, Docker Desktop 설치 가이드를 따라 설치합니다.

 

2. Pack CLI 설치

다음으로 pack CLI를 설치합니다. 이는 Cloud Native Buildpack에서 제공하는 명령줄 인터페이스로, Buildpack과 함께 사용할 수 있습니다. 각 운영체제에 맞는 설치 방법은 Pack CLI 설치 가이드를 참고하세요.

 

3. 샘플 애플리케이션 다운로드

Paketo 샘플 애플리케이션을 다운로드하고 디렉토리로 이동합니다:

git clone https://github.com/paketo-buildpacks/samples && cd samples

 

 

또는, 직접 작성한 데모 애플리케이션을 사용할 수도 있습니다.

 

 

4. 기본 빌더 설정

Paketo Base 빌더를 기본 빌더로 설정합니다:

pack config default-builder paketobuildpacks/builder:base

 

 

5. Maven 프로젝트에서 이미지 빌드

Maven 프로젝트에서 이미지를 빌드하려면 다음 명령을 실행합니다:

pack build samples/java --path java/maven --env BP_JVM_VERSION=17

 

 

애플리케이션이 정상적으로 빌드되었다면, 아래 명령어로 컨테이너를 실행하고 상태를 확인할 수 있습니다:

docker run --rm --tty --publish 8080:8080 samples/java
curl -s http://localhost:8080/actuator/health | jq .

 

 

6. 컴파일된 아티팩트에서 이미지 빌드

또한, 컴파일된 JAR 파일에서 이미지를 빌드할 수도 있습니다. 아래 명령어를 사용해 JAR 파일을 컴파일하고 이미지를 빌드합니다:

cd java/maven
./mvnw package
pack build samples/java --path ./target/demo-0.0.1-SNAPSHOT.jar

 

 

 

SBOM 추출하기

소프트웨어 공급망 관리는 애플리케이션 개발에서 중요한 부분을 차지합니다. Buildpacks는 **Software Bill of Materials(SBOM)**를 제공하여 사용된 라이브러리와 도구를 확인할 수 있게 해줍니다. 다음 명령어를 통해 SBOM을 추출할 수 있습니다:

pack sbom download samples/java --output-dir /tmp/samples-java-sbom

 

 

JVM 구성하기

JVM 설정은 성능 최적화에 중요한 요소입니다. Paketo Buildpacks는 기본적으로 최신 패치 업데이트를 제공하지만, 특정 Java 버전이나 JDK 타입을 사용하려면 환경 변수를 설정할 수 있습니다. 예를 들어, JRE 대신 JDK를 런타임에 사용하려면 다음과 같이 설정합니다:

 

pack build samples/war -e BP_JVM_TYPE=JDK​

 

런타임에서 JVM 구성을 변경하려면 JAVA_TOOL_OPTIONS 환경 변수를 사용해 가비지 컬렉션, 스레드 수, 메모리 제한 등을 설정할 수 있습니다.

 

 

docker run --rm --tty \
  --env JAVA_TOOL_OPTIONS='-XX:+UseParallelGC -XX:GCTimeRatio=4 -XX:AdaptiveSizePolicyWeight=90 -XX:MinHeapFreeRatio=20 -XX:MaxHeapFreeRatio=40' \
  --env BPL_JVM_THREAD_COUNT=100 \
  samples/java

 

 

 

결론

Buildpacks는 개발자가 컨테이너 이미지를 빌드하는 시간을 절약할 수 있는 강력한 도구입니다. 그러나 기본 설정을 그대로 사용하기보다는, 애플리케이션의 성능 목표에 맞춰 JVM 설정을 조정하는 것이 중요합니다. 컨테이너 크기나 성능에 불만이 있다면, 네이티브 이미지로 전환하거나, 작은 OS 이미지로 전환하는 등 다양한 최적화 방법을 고려해 볼 수 있습니다. Buildpacks와 JVM 설정을 적절히 활용해 최상의 성능을 확보하세요.