[Java知识库]微服务框架：如果不用Spring Boot，还可以选择谁

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前言

先决条件

从头开始创建应用程序

Helidon服务

Ktor服务

Micronaut 服务

Quarkus服务

Spring Boot服务

启动微服务

API测试

不同微服务框架对比

程序大小

启动时长

内存使用情况

结论

Helidon标准版

Helidon MicroProfile

Ktor

Micronaut

Quarkus

Spring Boot

前言

在 Java 和 Kotlin 中, 除了使用Spring Boot创建微服务外，还有很多其他的替代方案。

本文，基于这些微服务框架，创建了五个服务，并使用Consul的服务发现模式实现服务间的 相互通信。因此，它们形成了异构微服务架构（Heterogeneous Microservice Architecture, 以下简称 MSA）：

本文简要考虑了微服务在各个框架上的实现（更多细节请查看源代码：https : //github.com/rkudryashov/heterogeneous-microservices）

• 技术栈：

  • JDK 13
  • Kotlin
  • Gradle (Kotlin DSL)
  • JUnit 5

• 功能接口（HTTP API）：

  • GET /application-info{?request-to=some-service-name}
    • -- 返回微服务的一些基本信息（名称、框架、发布年份）
  • GET /application-info/logo
    • -- 返回logo信息

• 实现方式：

  • 使用文本文件的配置方式
  • 使用依赖注入
  • HTTP API

• MSA：

  • 使用服务发现模式（在Consul中注册，通过客户端负载均衡的名称请求另一个微服务的HTTP API）
  • 构建一个 uber-JAR

先决条件

• JDK 13
• Consul

从头开始创建应用程序

要基于其中一个框架上生成新项目，你可以使用web starter 或其他选项（例如，构建工具或 IDE）：

Helidon服务

该框架是在 Oracle 中创建以供内部使用，随后成为开源。Helidon 非常简单和快捷，它提供了两个版本：标准版（SE）和MicroProfile（MP）。在这两种情况下，服务都是一个常规的 Java SE 程序。（在Helidon上了解更多信息）

Helidon MP 是 Eclipse MicroProfile的实现之一，这使得使用许多 API 成为可能，包括 Java EE 开发人员已知的（例如 JAX-RS、CDI等）和新的 API（健康检查、指标、容错等）。在 Helidon SE 模型中，开发人员遵循“没有魔法”的原则，例如，创建应用程序所需的注解数量较少或完全没有。

Helidon SE 被选中用于微服务的开发。因为Helidon SE 缺乏依赖注入的手段，因此为此使用了Koin。

以下代码示例，是包含 main 方法的类。为了实现依赖注入，该类继承自KoinComponent。

首先，Koin 启动，然后初始化所需的依赖并调用startServer()方法----其中创建了一个WebServer类型的对象，应用程序配置和路由设置传递到该对象；

启动应用程序后在Consul注册：

object HelidonServiceApplication : KoinComponent {
?
 ? ?@JvmStatic
 ? ?fun main(args: Array<String>) {
 ? ? ? ?val startTime = System.currentTimeMillis()
 ? ? ? ?startKoin {
 ? ? ? ? ? ?modules(koinModule)
 ? ? ?  }
?
 ? ? ? ?val applicationInfoService: ApplicationInfoService by inject()
 ? ? ? ?val consulClient: Consul by inject()
 ? ? ? ?val applicationInfoProperties: ApplicationInfoProperties by inject()
 ? ? ? ?val serviceName = applicationInfoProperties.name
?
 ? ? ? ?startServer(applicationInfoService, consulClient, serviceName, startTime)
 ?  }
}
?
fun startServer(
 ? ?applicationInfoService: ApplicationInfoService,
 ? ?consulClient: Consul,
 ? ?serviceName: String,
 ? ?startTime: Long
): WebServer {
 ? ?val serverConfig = ServerConfiguration.create(Config.create().get("webserver"))
?
 ? ?val server: WebServer = WebServer
 ? ? ?  .builder(createRouting(applicationInfoService))
 ? ? ?  .config(serverConfig)
 ? ? ?  .build()
?
 ? ?server.start().thenAccept { ws ->
 ? ? ? ?val durationInMillis = System.currentTimeMillis() - startTime
 ? ? ? ?log.info("Startup completed in $durationInMillis ms. Service running at: http://localhost:" + ws.port())
 ? ? ? ?// register in Consul
 ? ? ? ?consulClient.agentClient().register(createConsulRegistration(serviceName, ws.port()))
 ?  }
?
 ? ?return server
}

路由配置如下：

private fun createRouting(applicationInfoService: ApplicationInfoService) = Routing.builder()
 ?  .register(JacksonSupport.create())
 ?  .get("/application-info", Handler { req, res ->
 ? ? ? ?val requestTo: String? = req.queryParams()
 ? ? ? ? ?  .first("request-to")
 ? ? ? ? ?  .orElse(null)
?
 ? ? ? ?res
 ? ? ? ? ?  .status(Http.ResponseStatus.create(200))
 ? ? ? ? ?  .send(applicationInfoService.get(requestTo))
 ?  })
 ?  .get("/application-info/logo", Handler { req, res ->
 ? ? ? ?res.headers().contentType(MediaType.create("image", "png"))
 ? ? ? ?res
 ? ? ? ? ?  .status(Http.ResponseStatus.create(200))
 ? ? ? ? ?  .send(applicationInfoService.getLogo())
 ?  })
 ?  .error(Exception::class.java) { req, res, ex ->
 ? ? ? ?log.error("Exception:", ex)
 ? ? ? ?res.status(Http.Status.INTERNAL_SERVER_ERROR_500).send()
 ?  }
 ?  .build()

该应用程序使用HOCON格式的配置文件：

webserver {
 ?port: 8081
}
?
application-info {
 ?name: "helidon-service"
 ?framework {
 ? ?name: "Helidon SE"
 ? ?release-year: 2019
  }
}

还可以使用 JSON、YAML 和properties 格式的文件进行配置（在Helidon 配置文档中了解更多信息）。

Ktor服务

该框架是为 Kotlin 编写和设计的。和 Helidon SE 一样，Ktor 没有开箱即用的 DI，所以在启动服务器依赖项之前应该使用 Koin 注入：

val koinModule = module {
 ? ?single { ApplicationInfoService(get(), get()) }
 ? ?single { ApplicationInfoProperties() }
 ? ?single { ServiceClient(get()) }
 ? ?single { Consul.builder().withUrl("http://localhost:8500").build() }
}
?
fun main(args: Array<String>) {
 ? ?startKoin {
 ? ? ? ?modules(koinModule)
 ?  }
 ? ?val server = embeddedServer(Netty, commandLineEnvironment(args))
 ? ?server.start(wait = true)
}

应用程序需要的模块在配置文件中指定（HOCON格式；更多配置信息参考Ktor配置文档 ），其内容如下：

ktor {
 ?deployment {
 ? ?host = localhost
 ? ?port = 8082
 ? ?environment = prod
 ? ?// for dev purpose
 ? ?autoreload = true
 ? ?watch = [io.heterogeneousmicroservices.ktorservice]
  }
 ?application {
 ? ?modules = [io.heterogeneousmicroservices.ktorservice.module.KtorServiceApplicationModuleKt.module]
  }
}
?
application-info {
 ?name: "ktor-service"
 ?framework {
 ? ?name: "Ktor"
 ? ?release-year: 2018
  }
}

在 Ktor 和 Koin 中，术语“模块”具有不同的含义。

在 Koin 中，模块类似于 Spring 框架中的应用程序上下文。Ktor的模块是一个用户定义的函数，它接受一个 Application类型的对象，可以配置流水线、注册路由、处理请求等：

fun Application.module() {
 ? ?val applicationInfoService: ApplicationInfoService by inject()
?
 ? ?if (!isTest()) {
 ? ? ? ?val consulClient: Consul by inject()
 ? ? ? ?registerInConsul(applicationInfoService.get(null).name, consulClient)
 ?  }
?
 ? ?install(DefaultHeaders)
 ? ?install(Compression)
 ? ?install(CallLogging)
 ? ?install(ContentNegotiation) {
 ? ? ? ?jackson {}
 ?  }
?
 ? ?routing {
 ? ? ? ?route("application-info") {
 ? ? ? ? ? ?get {
 ? ? ? ? ? ? ? ?val requestTo: String? = call.parameters["request-to"]
 ? ? ? ? ? ? ? ?call.respond(applicationInfoService.get(requestTo))
 ? ? ? ? ?  }
 ? ? ? ? ? ?static {
 ? ? ? ? ? ? ? ?resource("/logo", "logo.png")
 ? ? ? ? ?  }
 ? ? ?  }
 ?  }
}

此代码是配置请求的路由，特别是静态资源logo.png。

下面是基于Round-robin算法结合客户端负载均衡实现服务发现模式的代码：

class ConsulFeature(private val consulClient: Consul) {
?
 ? ?class Config {
 ? ? ? ?lateinit var consulClient: Consul
 ?  }
?
 ? ?companion object Feature : HttpClientFeature<Config, ConsulFeature> {
 ? ? ? ?var serviceInstanceIndex: Int = 0
?
 ? ? ? ?override val key = AttributeKey<ConsulFeature>("ConsulFeature")
?
 ? ? ? ?override fun prepare(block: Config.() -> Unit) = ConsulFeature(Config().apply(block).consulClient)
?
 ? ? ? ?override fun install(feature: ConsulFeature, scope: HttpClient) {
 ? ? ? ? ? ?scope.requestPipeline.intercept(HttpRequestPipeline.Render) {
 ? ? ? ? ? ? ? ?val serviceName = context.url.host
 ? ? ? ? ? ? ? ?val serviceInstances =
 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?feature.consulClient.healthClient().getHealthyServiceInstances(serviceName).response
 ? ? ? ? ? ? ? ?val selectedInstance = serviceInstances[serviceInstanceIndex]
 ? ? ? ? ? ? ? ?context.url.apply {
 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?host = selectedInstance.service.address
 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?port = selectedInstance.service.port
 ? ? ? ? ? ? ?  }
 ? ? ? ? ? ? ? ?serviceInstanceIndex = (serviceInstanceIndex + 1) % serviceInstances.size
 ? ? ? ? ?  }
 ? ? ?  }
 ?  }
}

主要逻辑在install方法中：在Render请求阶段（在Send阶段之前执行）首先确定被调用服务的名称，然后consulClient请求服务的实例列表，然后通过循环算法定义一个实例正在调用。因此，以下调用成为可能：

fun getApplicationInfo(serviceName: String): ApplicationInfo = runBlocking {
 ? ?httpClient.get<ApplicationInfo>("http://$serviceName/application-info")
}

Micronaut 服务

Micronaut 由Grails框架的创建者开发，灵感来自使用 Spring、Spring Boot 和 Grails 构建服务的经验。该框架目前支持 Java、Kotlin 和 Groovy 语言。依赖是在编译时注入的，与 Spring Boot 相比，这会导致更少的内存消耗和更快的应用程序启动。

主类如下所示：

object MicronautServiceApplication {
?
 ? ?@JvmStatic
 ? ?fun main(args: Array<String>) {
 ? ? ? ?Micronaut.build()
 ? ? ? ? ?  .packages("io.heterogeneousmicroservices.micronautservice")
 ? ? ? ? ?  .mainClass(MicronautServiceApplication.javaClass)
 ? ? ? ? ?  .start()
 ?  }
}

基于 Micronaut 的应用程序的某些组件与它们在 Spring Boot 应用程序中的对应组件类似，例如，以下是控制器代码：

@Controller(
 ? ?value = "/application-info",
 ? ?consumes = [MediaType.APPLICATION_JSON],
 ? ?produces = [MediaType.APPLICATION_JSON]
)
class ApplicationInfoController(
 ? ?private val applicationInfoService: ApplicationInfoService
) {
?
 ? ?@Get
 ? ?fun get(requestTo: String?): ApplicationInfo = applicationInfoService.get(requestTo)
?
 ? ?@Get("/logo", produces = [MediaType.IMAGE_PNG])
 ? ?fun getLogo(): ByteArray = applicationInfoService.getLogo()
}

Micronaut 中对 Kotlin 的支持建立在kapt编译器插件的基础上（参考Micronaut Kotlin 指南了解更多详细信息）。

构建脚本配置如下：

plugins {
 ?  ...
 ? ?kotlin("kapt")
 ?  ...
}
?
dependencies {
 ? ?kapt("io.micronaut:micronaut-inject-java:$micronautVersion")
 ?  ...
 ? ?kaptTest("io.micronaut:micronaut-inject-java:$micronautVersion")
 ?  ...
}

以下是配置文件的内容：

micronaut:
  application:
 ?  name: micronaut-service
  server:
 ?  port: 8083
?
consul:
  client:
 ?  registration:
 ? ?  enabled: true
?
application-info:
  name: ${micronaut.application.name}
  framework:
 ?  name: Micronaut
 ?  release-year: 2018

JSON、properties和 Groovy 文件格式也可用于配置（参考Micronaut 配置指南查看更多详细信息）。

Quarkus服务

Quarkus是作为一种应对新部署环境和应用程序架构等挑战的工具而引入的，在框架上编写的应用程序将具有低内存消耗和更快的启动时间。此外，对开发人员也很友好，例如，开箱即用的实时重新加载。

Quarkus 应用程序目前没有 main 方法，但也许未来会出现（GitHub 上的问题）。

对于熟悉 Spring 或 Java EE 的人来说，Controller 看起来非常熟悉：

@Path("/application-info")
@Produces(MediaType.APPLICATION_JSON)
@Consumes(MediaType.APPLICATION_JSON)
class ApplicationInfoResource(
 ? ?@Inject private val applicationInfoService: ApplicationInfoService
) {
?
 ? ?@GET
 ? ?fun get(@QueryParam("request-to") requestTo: String?): Response =
 ? ? ? ?Response.ok(applicationInfoService.get(requestTo)).build()
?
 ? ?@GET
 ? ?@Path("/logo")
 ? ?@Produces("image/png")
 ? ?fun logo(): Response = Response.ok(applicationInfoService.getLogo()).build()
}

如你所见，bean 是通过@Inject注解注入的，对于注入的 bean，你可以指定一个范围，例如：

@ApplicationScoped
class ApplicationInfoService(
 ?  ...
) {
...
}

为其他服务创建 REST 接口，就像使用 JAX-RS 和 MicroProfile 创建接口一样简单：

@ApplicationScoped
@Path("/")
interface ExternalServiceClient {
 ? ?@GET
 ? ?@Path("/application-info")
 ? ?@Produces("application/json")
 ? ?fun getApplicationInfo(): ApplicationInfo
}
?
@RegisterRestClient(baseUri = "http://helidon-service")
interface HelidonServiceClient : ExternalServiceClient
?
@RegisterRestClient(baseUri = "http://ktor-service")
interface KtorServiceClient : ExternalServiceClient
?
@RegisterRestClient(baseUri = "http://micronaut-service")
interface MicronautServiceClient : ExternalServiceClient
?
@RegisterRestClient(baseUri = "http://quarkus-service")
interface QuarkusServiceClient : ExternalServiceClient
?
@RegisterRestClient(baseUri = "http://spring-boot-service")
interface SpringBootServiceClient : ExternalServiceClient

但是它现在缺乏对服务发现 ( Eureka和Consul ) 的内置支持，因为该框架主要针对云环境。因此，在 Helidon 和 Ktor 服务中， 我使用了Java类库方式的Consul 客户端。

首先，需要注册应用程序：

@ApplicationScoped
class ConsulRegistrationBean(
 ? ?@Inject private val consulClient: ConsulClient
) {
?
 ? ?fun onStart(@Observes event: StartupEvent) {
 ? ? ? ?consulClient.register()
 ?  }
}

然后需要将服务的名称解析到其特定位置；

解析是通过从 Consul 客户端获得的服务的位置替换 requestContext的URI 来实现的：

@Provider
@ApplicationScoped
class ConsulFilter(
 ? ?@Inject private val consulClient: ConsulClient
) : ClientRequestFilter {
?
 ? ?override fun filter(requestContext: ClientRequestContext) {
 ? ? ? ?val serviceName = requestContext.uri.host
 ? ? ? ?val serviceInstance = consulClient.getServiceInstance(serviceName)
 ? ? ? ?val newUri: URI = URIBuilder(URI.create(requestContext.uri.toString()))
 ? ? ? ? ?  .setHost(serviceInstance.address)
 ? ? ? ? ?  .setPort(serviceInstance.port)
 ? ? ? ? ?  .build()
?
 ? ? ? ?requestContext.uri = newUri
 ?  }
}

Quarkus也支持通过properties 或 YAML 文件进行配置（参考Quarkus 配置指南了解更多详细信息）。

Spring Boot服务

创建该框架是为了使用 Spring Framework 生态系统，同时有利于简化应用程序的开发。这是通过auto-configuration实现的。

以下是控制器代码：

@RestController
@RequestMapping(path = ["application-info"], produces = [MediaType.APPLICATION_JSON_VALUE])
class ApplicationInfoController(
 ? ?private val applicationInfoService: ApplicationInfoService
) {
?
 ? ?@GetMapping
 ? ?fun get(@RequestParam("request-to") requestTo: String?): ApplicationInfo = applicationInfoService.get(requestTo)
?
 ? ?@GetMapping(path = ["/logo"], produces = [MediaType.IMAGE_PNG_VALUE])
 ? ?fun getLogo(): ByteArray = applicationInfoService.getLogo()
}

微服务由 YAML 文件配置：

spring:
  application:
 ?  name: spring-boot-service
?
server:
  port: 8085
?
application-info:
  name: ${spring.application.name}
  framework:
 ?  name: Spring Boot
 ?  release-year: 2014

也可以使用properties文件进行配置（更多信息参考Spring Boot 配置文档）。

启动微服务

在启动微服务之前，你需要安装Consul和 启动代理-例如，像这样：consul agent -dev。

你可以从以下位置启动微服务：

• IDE中启动微服务IntelliJ IDEA 的用户可能会看到如下内容：

  

  要启动 Quarkus 服务，你需要启动quarkusDev的Gradle 任务。
• console中启动微服务在项目的根文件夹中执行：

java -jar helidon-service/build/libs/helidon-service-all.jar

java -jar ktor-service/build/libs/ktor-service-all.jar

java -jar micronaut-service/build/libs/micronaut-service-all.jar

java -jar quarkus-service/build/quarkus-service-1.0.0-runner.jar

java -jar spring-boot-service/build/libs/spring-boot-service.jar

启动所有微服务后，访问http://localhost:8500/ui/dc1/services，你将看到：

API测试

以Helidon服务的API测试结果为例：

• GET http://localhost:8081/application-info

  {
   ?"name": "helidon-service",
   ?"framework": {
   ? ?"name": "Helidon SE",
   ? ?"releaseYear": 2019
    },
   ?"requestedService": null
  }

• GET http://localhost:8081/application-info?request-to=ktor-service

  {
   ?"name": "helidon-service",
   ?"framework": {
   ? ?"name": "Helidon SE",
   ? ?"releaseYear": 2019
    },
   ?"requestedService": {
   ? ?"name": "ktor-service",
   ? ?"framework": {
   ? ? ? ? ?"name": "Ktor",
   ? ? ? ? ?"releaseYear": 2018
   ?  },
   ? ?"requestedService": null
    }
  }

• GET http://localhost:8081/application-info/logo返回logo信息

你可以使用Postman 、IntelliJ IDEA HTTP 客户端 、浏览器或其他工具测试微服务的 API接口 。

不同微服务框架对比

不同微服务框架的新版本发布后，下面的结果可能会有变化；你可以使用此GitHub项目自行检查最新的对比结果 。

程序大小

为了保证设置应用程序的简单性，构建脚本中没有排除传递依赖项，因此 Spring Boot 服务 uber-JAR 的大小大大超过了其他框架上的类似物的大小（因为使用 starters 不仅导入了必要的依赖项；如果需要，可以通过排除指定依赖来减小大小）：

备注：什么是 maven的uber-jar

在maven的一些文档中我们会发现 "uber-jar"这个术语，许多人看到后感到困惑。其实在很多编程语言中会把super叫做uber （因为super可能是关键字）， 这是上世纪80年代开始流行的，比如管superman叫uberman。所以uber-jar从字面上理解就是super-jar，这样的jar不但包含自己代码中的class ，也会包含一些第三方依赖的jar，也就是把自身的代码和其依赖的jar全打包在一个jar里面了，所以就很形象的称其为super-jar ，uber-jar来历就是这样的。

启动时长

每个应用程序的启动时长都是不固定的：

值得注意的是，如果你将 Spring Boot 中不必要的依赖排除，并注意设置应用的启动参数（例如，只扫描必要的包并使用 bean 的延迟初始化），那么你可以显著地减少启动时间。

内存使用情况

对于每个微服务，确定了以下内容：

• 通过-Xmx参数，指定微服务所需的堆内存大小
• 通过负载测试服务健康的请求(能够响应不同的请求)
• 通过负载测试50 个用户 * 1000 个的请求
• 通过负载测试500 个用户 * 1000 个的请求

堆内存只是为应用程序分配的总内存的一部分。例如，如果要测量总体内存使用情况，可以参考本指南。

对于负载测试，使用了Gatling和Scala脚本 。

• 负载生成器和被测试的服务在同一台机器上运行（Windows 10、3.2 GHz 四核处理器、24 GB RAM、SSD）。
• 服务的端口在 Scala 脚本中指定。
• 通过负载测试意味着微服务已经响应了所有时间的所有请求。

需要注意的是，所有微服务都使用 Netty HTTP 服务器。

结论

通过上文，我们所需的功能——一个带有 HTTP API 的简单服务和在 MSA 中运行的能力——在所有考虑的框架中都取得了成功。

是时候开始盘点并考虑他们的利弊了。

Helidon标准版

优点

创建的应用程序，只需要一个注释（@JvmStatic）

缺点

开发所需的一些组件缺少开箱即用（例如，依赖注入和与服务发现服务器的交互）

Helidon MicroProfile

微服务还没有在这个框架上实现，所以这里简单说明一下。

优点

Eclipse MicroProfile 实现

本质上，MicroProfile 是针对 MSA 优化的 Java EE。因此，首先你可以访问各种 Java EE API，包括专门为 MSA 开发的 API，其次，你可以将 MicroProfile 的实现更改为任何其他实现（例如：Open Liberty、WildFly Swarm 等）

Ktor

优点

• 轻量级的允许你仅添加执行任务直接需要的那些功能
• 应用参数所有参数的良好结果

缺点

• 依赖于Kotlin，即用其他语言开发可能是不可能的或不值得的
• 微框架：参考Helidon SE

• 目前最流行的两种 Java 开发模型（Spring Boot/Micronaut）和 Java EE/MicroProfile）中没有包含该框架，这会导致：
  • 难以寻找专家
  • 由于需要显式配置所需的功能，因此与 Spring Boot 相比，执行任务的时间有所增加

Micronaut

优点

• AOT如前所述，与 Spring Boot 上的模拟相比，AOT 可以减少应用程序的启动时间和内存消耗
• 类Spring开发模式有 Spring 框架经验的程序员不会花太多时间来掌握这个框架

• Micronaut for Spring可以改变现有的Spring Boot应用程序的执行环境到Micronaut中（有限制）

Quarkus

优点

• Eclipse MicroProfile 的实现
• 该框架为多种 Spring 技术提供了兼容层：DI、 Web、Security、Data JPA

Spring Boot

优点

• 平台成熟度和生态系统对于大多数日常任务，Spring的编程范式已经有了解决方案，也是很多程序员习惯的方式。此外，starter和auto-configuration的概念简化了开发
• 专家多，文档详细

我想很多人都会同意 Spring 在不久的将来仍将是 Java/Kotlin开发领域领先的框架。

缺点

• 应用参数多且复杂但是，有些参数，如前所述，你可以自己优化。还有一个Spring Fu项目的存在，该项目正在积极开发中，使用它可以减少参数。

Helidon SE 和 Ktor 是 微框架，Spring Boot 和 Micronaut 是全栈框架，Quarkus 和 Helidon MP 是 MicroProfile 框架。微框架的功能有限，这会减慢开发速度。

我不敢判断这个或那个框架会不会在近期“大更新”，所以在我看来，目前最好继续观察，使用熟悉的框架解决工作问题。

同时，如本文所示，新框架在应用程序参数设置方面赢得了 Spring Boot。如果这些参数中的任何一个对你的某个微服务至关重要，那么也许值得关注。但是，我们不要忘记，Spring Boot 一是在不断改进，二是它拥有庞大的生态系统，并且有相当多的 Java 程序员熟悉它。此外，还有未涉及的其他框架：Vert.x、Javalin 等，也值得关注。

参考链接: https://dzone.com/articles/not-only-spring-boot-a-review-of-alternatives