Spring Boot利用dag加速Spring beans初始化

news2024/11/14 13:56:07

1.什么是Dag?

有向无环图(Directed Acyclic Graph),简称DAG,是一种有向图,其中没有从节点出发经过若干条边后再回到该节点的路径。换句话说,DAG中不存在环路。这种数据结构常用于表示并解决具有依赖关系的问题。

20201229164751920

DAG的特性

  • 首先,DAG中的节点可以有入度和出度。节点的入度是指指向该节点的边的数量,而节点的出度是指由该节点指向其他节点的边的数量。在DAG中,节点的入度可以是0或正整数,而出度可以是0或正整数,但不能同时为负数。
  • DAG的另一个重要性质是存在一个或多个拓扑排序。拓扑排序是DAG中节点的线性排列,满足任意一条有向边的起点在排序中都位于终点之前。可以使用深度优先搜索(DFS)或宽度优先搜索(BFS)算法来生成拓扑排序。

 

DAG的应用

  1. 任务调度
  2. 编译器优化
  3. 数据流分析
  4. 电路设计

2.如何加速Spring Bean初始化?

在Spring框架中进行DAG(有向无环图)分析以实现并行初始化,可以有效提升应用程序启动的性能。通常情况下,Spring应用程序的Bean是按依赖顺序初始化的,而通过DAG分析可以识别出哪些Bean之间没有依赖关系,并行初始化这些Bean可以减少启动时间。以下是实现思路:

1. 识别依赖关系,构建DAG

首先需要识别Spring Bean之间的依赖关系。可以通过@DependsOn注解、构造器注入或@Autowired等方式获取Bean依赖。具体步骤:

  • 遍历Spring上下文中的所有Bean定义。
  • 根据Bean的依赖关系构建DAG,节点代表Bean,边表示依赖关系。

Spring的ApplicationContext提供了getBeanDefinitionNames()方法可以列出所有的Bean,通过BeanDefinition可以分析出依赖。

2. 拓扑排序

通过拓扑排序(Topological Sorting)对DAG进行排序,以确保Bean按依赖顺序初始化。拓扑排序可以确定哪些Bean可以并行初始化,哪些Bean必须在某些Bean之后初始化。 使用算法如Kahn’s Algorithm或DFS找到所有没有依赖的Bean(入度为0的节点),这些节点可以并行初始化。

3. 并行初始化Bean

在完成拓扑排序后,使用多线程来并行初始化可以同时启动的Bean。可以使用Java的ExecutorService或类似的线程池机制来管理并发的Bean初始化过程。 步骤:

  • 针对所有入度为0的节点,启动一个线程来初始化它们。
  • 当某个Bean初始化完成后,减少它所依赖的其他Bean的入度值。
  • 当某个Bean的入度为0时,可以在另一个线程中启动它的初始化。

4. Spring Integration

可以通过BeanFactoryPostProcessorApplicationContextInitializer来挂钩到Spring的初始化流程中,分析Bean之间的依赖关系,并将并行化初始化逻辑集成到Spring容器的启动过程中。 具体方法:

  • 实现BeanFactoryPostProcessor,在Bean初始化之前分析Bean的依赖并构建DAG。
  • 在Bean初始化阶段,使用多线程并行处理独立的Bean。

3.代码工程

整体的依赖关系如下:

layer

实验目标

实现自定义Bean并行化加载

pom.xml

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0"
         xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
         xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">
    <parent>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-parent</artifactId>
        <version>3.2.1</version>
    </parent>
    <modelVersion>4.0.0</modelVersion>

    <artifactId>dag</artifactId>

    <properties>
        <maven.compiler.source>17</maven.compiler.source>
        <maven.compiler.target>17</maven.compiler.target>
    </properties>
    <dependencies>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
        </dependency>

        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-autoconfigure</artifactId>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.springframework.boot</groupId>
            <artifactId>spring-boot-starter-test</artifactId>
            <scope>test</scope>
        </dependency>
        <dependency>
            <groupId>org.jgrapht</groupId>
            <artifactId>jgrapht-core</artifactId>
            <version>1.5.1</version>
        </dependency>

    </dependencies>
    <build>
        <pluginManagement>
            <plugins>
                <plugin>
                    <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
                    <artifactId>maven-compiler-plugin</artifactId>
                    <version>3.8.1</version>
                    <configuration>
                        <fork>true</fork>
                        <failOnError>false</failOnError>
                    </configuration>
                </plugin>

                <plugin>
                    <groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
                    <artifactId>maven-surefire-plugin</artifactId>
                    <version>2.22.2</version>
                    <configuration>
                        <forkCount>0</forkCount>
                        <failIfNoTests>false</failIfNoTests>
                    </configuration>
                </plugin>
            </plugins>
        </pluginManagement>
    </build>
</project>

Bean初始化

package com.et.config;

import org.jgrapht.graph.DefaultEdge;
import org.jgrapht.graph.DirectedAcyclicGraph;
import org.springframework.beans.BeansException;
import org.springframework.beans.factory.config.BeanDefinition;
import org.springframework.beans.factory.config.BeanFactoryPostProcessor;
import org.springframework.beans.factory.config.ConfigurableListableBeanFactory;
import org.springframework.stereotype.Component;

import java.util.*;
import java.util.concurrent.CompletableFuture;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.stream.Collectors;

@Component
public class DAGBeanInitializer implements BeanFactoryPostProcessor {

    private final ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);

    @Override
    public void postProcessBeanFactory(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) throws BeansException {
        Map<String, BeanDefinition> beanDefinitionMap = new HashMap<>();
        for (String beanName : beanFactory.getBeanDefinitionNames()) {
            BeanDefinition beanDefinition = beanFactory.getBeanDefinition(beanName);
            beanDefinitionMap.put(beanName, beanDefinition);
        }

        // build DAG
        DirectedAcyclicGraph<String, DefaultEdge> dag = buildDAG(beanDefinitionMap,beanFactory);

        // bean layers
        List<Set<String>> layers = getBeansByLayer(dag);
        System.out.println("layers:"+layers);
        // init bean by layers
        initializeBeansInLayers(layers, beanFactory);
    }

    // DAG Bean
    private DirectedAcyclicGraph<String, DefaultEdge> buildDAG(Map<String, BeanDefinition> beanDefinitionMap, ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) {
        DependencyResolver resolver = new DependencyResolver(beanFactory);
        DirectedAcyclicGraph<String, DefaultEdge> dag = new DirectedAcyclicGraph<>(DefaultEdge.class);
        for (String beanName : beanDefinitionMap.keySet()) {
            if(shouldLoadBean(beanName)) {
                dag.addVertex(beanName);
                String[] dependencies = beanDefinitionMap.get(beanName).getDependsOn();
                if (dependencies != null) {
                    for (String dependency : dependencies) {
                        dag.addEdge(dependency, beanName); 
                    }
                }
                // get @Autowired dependencies
                Set<String> autowireDependencies = resolver.getAllDependencies(beanName);
                for (String autowireDependency : autowireDependencies) {
                    // convert beanName
                    String autowireBeanName = convertToBeanName(autowireDependency);
                    dag.addVertex(autowireBeanName);
                    dag.addEdge(autowireBeanName, beanName);
                }
            }
        }
        return dag;
    }
    private String convertToBeanName(String className) {
        String simpleName = className.substring(className.lastIndexOf('.') + 1);
        return Character.toLowerCase(simpleName.charAt(0)) + simpleName.substring(1);
    }
    private List<Set<String>> getBeansByLayer(DirectedAcyclicGraph<String,DefaultEdge> dag) {
        List<Set<String>> layers = new ArrayList<>();
        Map<String, Integer> inDegree = new HashMap<>();
        Queue<String> queue = new LinkedList<>();

        // init all nodes degree
        for (String vertex : dag) {
            int degree = dag.inDegreeOf(vertex);
            inDegree.put(vertex, degree);
            if (degree == 0) {
                queue.offer(vertex);  //zero degree as the first layer
            }
        }

        // BFS process everyLayers
        while (!queue.isEmpty()) {
            Set<String> currentLayer = new HashSet<>();
            int size = queue.size();
            for (int i = 0; i < size; i++) {
                String currentBean = queue.poll();
                currentLayer.add(currentBean);

                // iterator layers
                for (String successor : getSuccessors(dag,currentBean)) {
                    inDegree.put(successor, inDegree.get(successor) - 1);
                    if (inDegree.get(successor) == 0) {
                        queue.offer(successor);  // add next layer when the degress is zero
                    }
                }
            }
            layers.add(currentLayer);
        }

        return layers;
    }
    // get next node
    private Set<String> getSuccessors(DirectedAcyclicGraph<String, DefaultEdge> dag, String vertex) {
        // get outgoingEdges
        Set<DefaultEdge> outgoingEdges = dag.outgoingEdgesOf(vertex);

        // find the next node
        return outgoingEdges.stream()
                .map(edge -> dag.getEdgeTarget(edge))
                .collect(Collectors.toSet());
    }
    // init beans by layer
    private void initializeBeansInLayers(List<Set<String>> layers, ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) {
        for (Set<String> layer : layers) {
            // Beans of the same layer can be initialized in parallel
            List<CompletableFuture<Void>> futures = new ArrayList<>();
            for (String beanName : layer) {
                // only load beans that  wrote by yourself
                if (shouldLoadBean(beanName)) {
                    CompletableFuture<Void> future = CompletableFuture.runAsync(() -> {
                        try {
                            beanFactory.getBean(beanName);  // init Bean
                        } catch (Exception e) {
                            System.err.println("Failed to initialize bean: " + beanName);
                            e.printStackTrace();
                        }
                    }, executorService);
                    futures.add(future);
                }
            }
            //Wait for all beans in the current layer to be initialized before initializing the next layer.
            CompletableFuture<Void> allOf = CompletableFuture.allOf(futures.toArray(new CompletableFuture[0]));
            allOf.join();  // make sure to be done on current layer
        }
    }

    private boolean shouldLoadBean(String beanName) {
        return beanName.startsWith("helloWorldController")
                ||beanName.startsWith("serviceOne")
                ||beanName.startsWith("serviceTwo")
                ||beanName.startsWith("serviceThree");
    }
}

获取bean@Autowired依赖

package com.et.config;

import org.springframework.beans.factory.config.BeanDefinition;
import org.springframework.beans.factory.config.ConfigurableListableBeanFactory;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.stereotype.Component;

import java.lang.reflect.Field;
import java.util.HashSet;
import java.util.Set;

@Component
public class DependencyResolver {

    private final ConfigurableListableBeanFactory beanFactory;

    @Autowired
    public DependencyResolver(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) {
        this.beanFactory = beanFactory;
    }

    public Set<String> getAllDependencies(String beanName) {
        Set<String> dependencies = new HashSet<>();

        // get Bean definite
        BeanDefinition beanDefinition = beanFactory.getBeanDefinition(beanName);

        // reflect
        try {
            Class<?> beanClass = Class.forName(beanDefinition.getBeanClassName());
            Field[] fields = beanClass.getDeclaredFields();
            for (Field field : fields) {
                if (field.isAnnotationPresent(Autowired.class)) {
                    dependencies.add(field.getType().getName()); 
                }
            }
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        return dependencies;
    }
}

controller

package com.et.controller;

import com.et.service.ServiceTwo;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
import com.et.service.*;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

@RestController
public class HelloWorldController {
    @Autowired
    ServiceOne ServiceOne;
    @Autowired
    ServiceTwo ServiceTwo;
    @RequestMapping("/hello")
    public Map<String, Object> showHelloWorld(){
        Map<String, Object> map = new HashMap<>();
        map.put("msg", "HelloWorld");
        return map;
    }
}

service

package com.et.service;

import org.springframework.stereotype.Service;

/**
 * @author liuhaihua
 * @version 1.0
 * @ClassName ServiceOne
 * @Description todo
 * @date 2024/09/20/ 14:01
 */
@Service
public class ServiceOne {
    private   void  sayhi(){
        System.out.println("this is service one sayhi");
    }
}
package com.et.service;

import org.springframework.stereotype.Service;

/**
 * @author liuhaihua
 * @version 1.0
 * @ClassName ServiceOne
 * @Description todo
 * @date 2024/09/20/ 14:01
 */
@Service
public class ServiceThree {

    private   void  sayhi(){
        System.out.println("this is service three sayhi");
    }
}
package com.et.service;

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.stereotype.Service;

/**
 * @author liuhaihua
 * @version 1.0
 * @ClassName ServiceOne
 * @Description todo
 * @date 2024/09/20/ 14:01
 */
@Service
public class ServiceTwo {
    @Autowired
    ServiceThree serviceThree;
    private   void  sayhi(){
        System.out.println("this is service two sayhi");
    }
}

只是一些关键代码,所有代码请参见下面代码仓库

代码仓库

  • https://github.com/Harries/springboot-demo(dag)

4.测试

启动Spring Boot工程,查看bean加载顺序如下

2024-09-20T15:51:27.081+08:00 INFO 33188 --- [ main] com.et.DemoApplication : Starting DemoApplication using Java 17.0.9 with PID 33188 (D:\IdeaProjects\ETFramework\dag\target\classes started by Dell in D:\IdeaProjects\ETFramework)
2024-09-20T15:51:27.085+08:00 INFO 33188 --- [ main] com.et.DemoApplication : No active profile set, falling back to 1 default profile: "default"
layers:[[serviceOne, serviceThree], [serviceTwo], [helloWorldController]]
2024-09-20T15:51:28.286+08:00 INFO 33188 --- [ main] o.s.b.w.embedded.tomcat.TomcatWebServer : Tomcat initialized with port 8088 (http)
2024-09-20T15:51:28.297+08:00 INFO 33188 --- [ main] o.apache.catalina.core.StandardService : Starting service [Tomcat]
2024-09-20T15:51:28.297+08:00 INFO 33188 --- [ main] o.apache.catalina.core.StandardEngine : Starting Servlet engine: [Apache Tomcat/10.1.17]
2024-09-20T15:51:28.373+08:00 INFO 33188 --- [ main] o.a.c.c.C.[Tomcat].[localhost].[/] : Initializing Spring embedded WebApplicationContext
2024-09-20T15:51:28.374+08:00 INFO 33188 --- [ main] w.s.c.ServletWebServerApplicationContext : Root WebApplicationContext: initialization completed in 1198 ms
2024-09-20T15:51:28.725+08:00 INFO 33188 --- [ main] o.s.b.w.embedded.tomcat.TomcatWebServer : Tomcat started on port 8088 (http) with context path ''
2024-09-20T15:51:28.732+08:00 INFO 33188 --- [ main] com.et.DemoApplication

5.引用

  • JGraphX User Manual
  • Spring Boot利用dag加速Spring beans初始化 | Harries Blog™

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.coloradmin.cn/o/2150266.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈,一经查实,立即删除!

相关文章

生信初学者教程(一):欢迎

文章目录 配套数据R包版本安装包版权答疑在生物信息学(生信)领域,随着高通量测序技术的不断发展,大量数据涌现,为科研工作者提供了丰富的资源。然而,对于初学者而言,如何从海量的数据中挖掘有价值的信息,并开展一个完整的生信项目,仍然是一个挑战。目前,市面上针对初…

网络层协议 ——— IP协议

文章目录 概念协议头格式分片与组装网段划分IP地址的数量限制私有IP和公有IP路由 概念 IP协议&#xff08;Internet Protocol&#xff09;是互联网上使用的一种网络协议&#xff0c;也是互联网的基础协议之一。它属于TCP/IP体系中的网络层协议&#xff0c;主要负责将数据包从源…

OpenCV特征检测(5)检测图像中的角点函数cornerMinEigenVal()的使用

操作系统&#xff1a;ubuntu22.04 OpenCV版本&#xff1a;OpenCV4.9 IDE:Visual Studio Code 编程语言&#xff1a;C11 算法描述 计算用于角点检测的梯度矩阵的最小特征值。 该函数类似于 cornerEigenValsAndVecs&#xff0c;但它计算并存储协方差矩阵导数的最小特征值&…

尚硅谷javaweb笔记

1、基本概念 1.1、前言 web开发&#xff1a; web&#xff0c;网页的意思&#xff0c;www.baidu.com 静态web html,css 提供给所有人看的数据始终不会发生变化&#xff01; 动态web 淘宝&#xff0c;几乎是所有的网站&#xff1b; 提供给所有人看的数据始终会发生变化&…

【C高级】有关shell脚本的一些练习

目录 1、写一个shell脚本&#xff0c;将以下内容放到脚本中&#xff1a; 2、写一个脚本&#xff0c;包含以下内容&#xff1a; 1、写一个shell脚本&#xff0c;将以下内容放到脚本中&#xff1a; 1、在家目录下创建目录文件&#xff0c;dir 2、dir下创建dir1和dir2 …

计算机毕业设计 基于Python的汽车销售管理系统 Python+Django+Vue 前后端分离 附源码 讲解 文档

&#x1f34a;作者&#xff1a;计算机编程-吉哥 &#x1f34a;简介&#xff1a;专业从事JavaWeb程序开发&#xff0c;微信小程序开发&#xff0c;定制化项目、 源码、代码讲解、文档撰写、ppt制作。做自己喜欢的事&#xff0c;生活就是快乐的。 &#x1f34a;心愿&#xff1a;点…

how can I train a OpenAI fine tuned model with more prompts

题意&#xff1a;我如何使用更多提示来训练一个 OpenAI 微调模型&#xff1f; 问题背景&#xff1a; I fine-tuned OpenAI model with some prompts following this documentation it succeeded and created a new model in the playground. How I can retrain (fine-tune) th…

Linux Vim编辑器常用命令

目录 一、命令模式快捷键 二、编辑/输入模式快捷键 三、编辑模式切换到命令模式 四、搜索命令 注&#xff1a;本章内容全部基于Centos7进行操作&#xff0c;查阅本章节内容前请确保您当前所在的Linux系统版本&#xff0c;且具有足够的权限执行操作。 一、命令模式快捷键 二…

Unity引擎绘制多边形属性图

大家好&#xff0c;我是阿赵   在制作游戏的时候&#xff0c;经常会遇到需要绘制多边形属性图的需求&#xff0c;比如这种效果&#xff1a; 可以根据需要的属性的数量变化多边形的边数&#xff0c;然后每一个顶点从中心点开始到多边形的顶点的长度代表了该属性的强度&#xf…

超声波清洗机哪个品牌更值得推荐一些?四款良心眼镜清洗机值得信赖!

作为一名拥有20年戴镜经历的眼镜一族&#xff0c;我深深体会到清洁眼镜的种种挑战&#xff1a;微小缝隙里的污垢难以清除&#xff0c;频繁积累的脏污往往让我无暇应对&#xff0c;而用力擦拭又恐伤及镜片&#xff0c;这确实让人苦恼不已&#xff0c;渴求一种有效的清洁解决方案…

C++11(5)

目录 12。function包装器 用法 function的应用 13。bind绑定 bind的应用——计算利息 万众瞩目的C11它又来了&#xff0c;本章将继续讲解C11更新的内容&#xff0c;欢迎观看&#xff01;&#xff01;&#xff01; 12。function包装器 function包装器 也叫作适配器。C中的…

大数据新视界 --大数据大厂之算法在大数据中的核心作用:提升效率与智能决策

&#x1f496;&#x1f496;&#x1f496;亲爱的朋友们&#xff0c;热烈欢迎你们来到 青云交的博客&#xff01;能与你们在此邂逅&#xff0c;我满心欢喜&#xff0c;深感无比荣幸。在这个瞬息万变的时代&#xff0c;我们每个人都在苦苦追寻一处能让心灵安然栖息的港湾。而 我的…

情感类智能体——你的微信女神

智能体名称&#xff1a;你的微信女神 链接&#xff1a;文心智能体平台AgentBuilder | 想象即现实 (baidu.com)https://agents.baidu.com/agent/preview/RulbsUjIGj4wsinydlBH7AR3NQKFungt 简介 “你的微信女神”是一个直率的智能体&#xff0c;她用犀利而真实的言辞帮助用户…

kubernetes调度2

1、各种缩写的应用 [rootk8s-master test]# kubectl get rsNAME DESIRED CURRENT READY AGEtest001-64c7957b5c 2 2 2 8m59stest001-698b98bb8f 0 0 0 12m[rootk8s-master test]# kubectl get replicas…

医疗领域患者监控中的手势识别:一种深度卷积神经网络方法

这篇论文的标题是《Hand Gesture Recognition for Patient Monitoring in the Medical Field: A Deep Convolution Neural Networks Approach》&#xff0c;作者们来自印度的Chaitanya Bharathi Institute of Technology电子与通信工程系。论文主要探讨了在医疗领域&#xff0c…

【Redis入门到精通二】Redis核心数据类型(String,Hash)详解

目录 Redis数据类型 1.String类型 &#xff08;1&#xff09;常见命令 &#xff08;2&#xff09;内部编码 2.Hash类型 &#xff08;1&#xff09;常见命令 &#xff08;2&#xff09;内部编码 Redis数据类型 查阅Redis官方文档可知&#xff0c;Redis提供给用户的核心数据…

先导小型五轴数控加工中心助力职业教育

职业本科高校规模不断扩大&#xff0c;职校学生升学渠道打通&#xff0c;产教融合更加紧密&#xff0c;科教融汇成果不断出现&#xff0c;教学改革持续深化……种种迹象表明&#xff0c;职业教育大变革已经开启。 推进新型工业化、发展新质生产力等时代命题与职业教育发展方向和…

深刻理解OS管理与进程

OS是什么 OS&#xff1a;operator system OS的本质是进行软硬件资源管理的软件 内存是cpu与外部间的巨大缓存 OS的意义 对下&#xff1a;操作系统对下软硬件资源的管理&#xff0c;保证系统稳定的&#xff0c;高效的安全的能进行良好的工作&#xff08;手段&#xff09;对上&am…

Linux--禁止root用户通过ssh直接登录

原文网址&#xff1a;Linux--禁止root用户通过ssh直接登录_IT利刃出鞘的博客-CSDN博客 简介 本文介绍Linux服务器怎样禁止root用户通过ssh直接登录。 为什么要禁止&#xff1f; 因为root用户是每个Linux系统都有的&#xff0c;黑客可以使用root用户名尝试不同的密码来暴力破…

电机控制系统PCB设计 222

6 还能只用网络标号?没用网络端口比较电流 通过SD引脚来控制电机驱动右边是电机四个MOS管是连在一起的不懂为啥加左边这个好像说只要用芯片的 就加个滤波电容?DRV87里也有这个 难道都要有这个?? 缓冲? 数字逻辑?加了左上这个 吸收的防止电源超过7.2V这放旁边就行??? 取…