應用啟動加速-並發初始化spring bean
背景
隨着需求的不斷迭代，服務承載的內容越來越多，依賴越來越多，導致服務啟動慢，從最開始的2min以內增長到5min，導致服務發佈很慢，嚴重影響開發效率，以及線上問題的修復速度。所以需要進行啟動加速。
方案
應用啟動加速的優化方案通常有
- 編譯階段的優化，比如無用依賴的優化
- dockerfile的優化
- 依賴的中間件優化，中間件有大量的網絡連接建立，有很大的優化手段
- 富客戶端的優化
- spring bean加載的優化
spring容器加載bean是通過單線程加載的，可以通過並發來提高加載速度。
鑒於1的優化難度比較大，2、3、4則一般與各個公司里的基礎組件有很大相關性，所以本篇只介紹spring bean加載的優化。
spring bean 加載耗時分析
分析bean加載耗時
首先需要分析加載耗時高的bean。spring bean 耗時 = timestampOfAfterInit – timestampOfBeforeInit.可以通過擴展BeanPostProcessor來實現，代碼如下
@Component
public class SpringbeanAnalyse implements BeanPostProcessor,
ApplicationListener<ContextRefreshedEvent> {
private static Logger log = LoggerFactory.getLogger(SpringbeanAnalyse.class);
private Map<String, Long> mapBeantime = new HashMap<>();
private static volatile AtomicBoolean started = new AtomicBoolean(false);
@Autowired
public Object postProcessBeforeInitialization(Object bean, String beanName) throws
BeansException {
mapBeantime.put(beanName, System.currentTimeMillis());
return bean;
}
@Autowired
public Object postProcessAfterInitialization(Object bean, String beanName) throws
BeansException {
Long begin = mapBeantime.get(beanName);
if (begin != null) {
mapBeantime.put(beanName, System.currentTimeMillis() - begin);
}
return bean;
}
@Override
public void onApplicationEvent(final ContextRefreshedEvent event) {
if (started.compareAndSet(false, true)) {
for (Map.Entry<String,Long> entry: mapBeantime.entrySet()) {
if (entry.getValue() > 1000) {
log.warn("slowSpringbean => :",entry.getKey());
}
}
}
}
}
這樣我們就能得到應用中耗時比較高的spring bean。可以看下這些bean的特點，大部分都是在
afterPropertiesSet,postconstruct,init方法中有初始化邏輯
eg. AgentConfig中有個構建bean，並調用init方法初始化。
@Bean(initMethod="init')
BeanA initBeanA(){
xxx
}
bean的生命周期
sampleCode
@Component
@Configuration
public class BeanC implements EnvironmentAware, InitializingBean{
public BeanC() {
System.out.println("constructC");
}
@Override
public void afterPropertiesSet() throws Exception {
System.out.println("afterC" + Thread.currentThread().getName() + Thread.currentThread().getId());
}
@Resource
public void resource(Environment environment) {
System.out.println("resourceC");
}
@PostConstruct
public void postConstruct() {
System.out.println("postConstructC" +Thread.currentThread().getName() + Thread.currentThread().getId());
}
@Override
public void setEnvironment(Environment environment) {
System.out.println("EnvironmentC");
}
public void init(){
System.out.println("InitC");
}
}
輸出結果
constructC
resourceC
EnvironmentC
postConstructC
afterC
看下代碼
單個類的加載順序org.springframework.beans.factory.support.AbstractAutowireCapableBeanFactory
單個類的方法順序是確定了，但是不同類的加載順序是不確定的。默認是按照module,package的ascii順序來加載。但這個類的初始化順序不是固定的，在不同機器上表現形式不一樣。類似於
Jvm加載jar包的順序
控制不同類的加載順序
可以通過以下方法來控制bean加載順序
- 依賴 @DependOn
- bean依賴 構造器，或者@Autowired
- @Order 指定順序
對BeanB添加了BeanC的依賴，輸出結果為
constructC
resourceC
constructB
resourceB
EnvironmentB
postConstructB
afterB
EnvironmentC
postConstructC
afterC
這時候bean的加載順序為
- 調用對象的構造函數
- 為對象注入依賴，執行依賴對象的初始化過程
- 執行PostConstruct，afterPropertiesSet等生命周期方法。
這意味着我們可以按照bean的加載的各個階段進行優化。
並發加載spring bean
全局依賴拓撲
因為spring容器管理bean是單線程加載的，所以耗時慢，我們的解決思路是通過並發來優化，通過並發的前提是相互沒有依賴。這個顯然是不現實的，一個應用中的spring bean有大量依賴，甚至是有很多循環依賴。
對於循環依賴，可以通過分解拓撲關係來解決。但是按照我們上面分析，spring又提供了大量的擴展能力，讓開發者去定義bean的依賴，這樣導致我們無法得到一個spring bean的全局依賴圖。因此無法通過自動配置的手段來解決spring bean單線程加載的問題。
局部異步加載
既然無法通過全自動配置手段來完成所有bean的全自動並發加載，那我們退而求其次，通過手動配置耗時分析中得到的，耗時比較高的bean。這樣特殊處理也能達到我們優化啟動時間目的。
同時因為單個bean加載有多個階段，有些階段耗時並不高，都是通用的操作，可以繼續委託spring 容器去管理，這樣就不必去處理複雜的循環依賴的問題。
按照這個思路，解決方案就比較簡單
- 定義待並發加載的bean
- 重寫bean的initmethod，如果是在第一步的配置里，就提交到線程池中，如果不在，就調用父類的加載方法
總結
最後通過並發加載原本耗時超過1s的bean，將我們的其中一個微服務啟動耗時時間降低了100s，取得了階段性的成果。
當然這個方案並不是很完善，
- 需要依賴人工配置，做不到自動化
- 安全得不到保障，需要確保不同bean之間
afterPropertiesSet等擴展方法中無依賴。當然這一點不止是並發加載時需要保障，即使是單線程加載時也需要保障，原因是bean的加載順序得不到保障，可能會引發潛在的bug。
歡迎提出新的優化方案討論。
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