Spring应用启动很慢？试试这个工具

news2024/11/19 9:36:00

前段时间搞应用启动优化的时候参考了这篇文章的很多观点，并基于此开发了此工具——spring-startup-analyzer。这是一个分析Spring应用启动过程的工具，通过采集Spring应用启动过程数据，生成交互式分析报告，用于分析Spring应用启动卡点。同时还提供了一些工具来帮助开发者加快Spring应用的启动时间。下面详细介绍一下其提供的能力。

1. 能力介绍

1.1 分析能力

首先通过项目给出的HTML样例报告来看看此工具提供的分析功能。感兴趣的可以通过下面的链接访问：

hokage-20230618000928-192.168.0.101-analyzer.html

把报告内容的细节部分收起来，可以看到如下图所示的内容：

主要包含6部分：

启动的统计数据。其中包括：启动时间、Bean的数量、使用/总共的jar包数量、未使用/总共的jar包数量及ClassLoader数量；

Spring Bean初始化数据，采集了每个Spring Bean初始化时间及其详细内容；

Bean初始化时间线。通过时间线的方式，清晰地展现了Spring应用启动过程中，各个Bean的顺序关系及时间消耗；

方法调用详细信息(可配置)。这里统计了方法的调用时间、总时间开销及每次调用平均时间

点开之后，还能看到具体每次调用的时间开销和调用细节：

启动后未被加载的JAR。列出了所有Spring应用启动后没有使用的jar包，可以有效地帮助清理不需要的依赖，为应用瘦身；

Spring应用启动过程主线程火焰图。提供更详细的信息用于分析应用启动卡点

1.2 启动优化

提供了生产环境和日常/预发环境两种场景的优化，对于生产环境，提供Spring Bean异步加载工具，将耗时的Bean初始化方法异步化(参考SOFABoot的异步初始化方法实现)。对于日常/预发环境，提供命令行工具，实现一个命令完成热加载。

1.2.1 Spring Bean异步加载

Spring在启动过程中对于Bean的加载是顺序进行的，如果存在部分Bean加载耗时比较严重时，应用的启动时长会被严重拉长。Bean的加载耗时主要在init-method方法或@PostConstruct标识的方法，容器中的Bean多数不存在依赖关系，如果可以将Bean的初始化方法异步化，可以大大降低启动耗时。

主要依赖Spring提供一个BeanPostProcessor扩展点实现。BeanPostProcessor允许我们自定义bean的实例化和初始化过程。它是一个接口，定义了两个方法：

postProcessBeforeInitialization(Object bean, String beanName)：在bean初始化之前调用该方法,可以在初始化之前对bean对象进行任何自定义的修改或增强。

postProcessAfterInitialization(Object bean, String beanName)：在bean初始化之后调用该方法。可以在bean初始化后对其进行任何自定义的修改或增强。

流程如下：

实现BeanPostProcessor扩展点
- 在postProcessBeforeInitialization中判断beanName是否是配置异步初始化Bean
- 如果需要异步化，查找init-method或者@PostConstruct修饰的方法
- 动态代理初始化方法，将初始化方法扔到线程池中执行，并返回Future
实现ApplicationListener
- 监听ContextRefreshedEvent事件，等待所有异步执行的init-method完成；
异步化的Bean可能在Spring Bean初始化顺序的末尾，导致异步优化效果不佳，支持优先加载配置异步化的Bean
- InstantiationAwareBeanPostProcessorAdapter可以做到在Bean实例化之前，预先回调。优先加载异步初始化的Bean。

1.2.2 热加载

热加载的思路来自一个issue，通过这个issue接触到了trava-jdk-8-dcevm，其基于 DCEVM 并集成了 HotswapAgent ，与标准 JDK 不同(只支持方法体内代码修改的热加载)，其允许更高级的热部署，如方法、字段添加等等，如果在日常/预发环境使用trava-jdk的热加载能力，日常开发效率可以有很大的提升。

但是因为日常开发中部署分支和开发分支往往不是同一个分支，要想使用此能力，需要一些操作步骤有点繁琐，所以便实现了一个命令行工具，支持一个命令实现代码热加载。原理如下：

效果如下：

2. 如何使用

2.1 分析能力

2.1.1 安装jar包

提供了手动安装和一键脚本安装两种安装方式

手动安装

点击realease下载最新版tar.gz包
新建文件夹，并解压

脚本安装(linux/mac)

curl -sS https://raw.githubusercontent.com/linyimin0812/spring-startup-analyzer/main/bin/install.sh | sh

脚本默认安装路径：$HOME/spring-startup-analyzer

2.1.2 配置项

本项目提供了以下几个配置项，不是必需配置项，可以直接使用默认配置。两种方式进行配置：

直接在配置文件中配置: 安装路径/spring-startup-analyzer/config/spring-startup-analyzer.properties
在启动参数中配置，如应用启动健康检查超时时间为30分钟：-Dspring-startup-analyzer.app.health.check.timeout=30

需要注意的是，判断应用启动成功的逻辑是：

对SpringApplication.run方法进行字节码增强，方法退出时则认为应用启动完成(仅对springboot应用生效)
轮询请求健康检查的url，返回200则认为启动完成(适用于所有spring应用)
以上两种方式均未成功时，超出应用启动健康检查超时时间则认为应用启动完成

如果是非springboot应用，需要通过spring-startup-analyzer.app.health.check.endpoints配置一下健康检查URL。

更多配置项

2.1.3

此项目是以agent的方式启动的，所以在启动命令中添加参数-javaagent:安装路径/spring-startup-analyzer/lib/spring-profiler-agent.jar

以java命令行的方式启动应用，则在命令行中添加参数，例如：

java -javaagent:/Users/runner/spring-startup-analyzer/lib/spring-profiler-agent.jar \ 
-Dproject.name=mac-demo \     
-Dspring-startup-analyzer.admin.http.server.port=8066 \     
-jar /Users/runner/spring-startup-analyzer/spring-boot-demo.jar

IDEA中启动，则需要在VM options选项中添加

日志文件路径：安装路径/spring-startup-analyzer/logs

startup.log: 启动过程中的日志
transform.log: 被re-transform的类/方法信息

应用启动完成后会在console和startup.log文件中输出======= spring-startup-analyzer finished, click [http://localhost](http://localhost/):xxxx to visit details. ======，可以通过此输出来判断采集是否完成。

2.2 启动优化

2.2.1 Spring Bean异步加载

添加pom依赖

<dependency>
    <groupId>io.github.linyimin0812</groupId>
    <artifactId>spring-async-bean-starter</artifactId>
    <version>${latest_version}</version>
</dependency>

配置异步加载信息

# 异步化的Bean可能在Spring Bean初始化顺序的末尾，导致异步优化效果不佳，打开配置优先加载异步化的Bean
spring-startup-analyzer.boost.spring.async.bean-priority-load-enable=true
# 指定异步的Bean名称
spring-startup-analyzer.boost.spring.async.bean-names=testBean,testComponent
# 执行异步化Bean初始化方法线程池的核心线程数
spring-startup-analyzer.boost.spring.async.init-bean-thread-pool-core-size=8
# 执行异步化Bean初始化方法线程池的最大线程数
spring-startup-analyzer.boost.spring.async.init-bean-thread-pool-max-size=8