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Spring应用启动分析优化原创

11月前
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最近在搞应用的启动优化,参考一些可以显著提高 Java 启动速度方法spring-boot-startup-report实现了此项目(spring-startup-ananlyzer),Spring Startup Ananlyzer 采集Spring应用启动过程数据,生成交互式分析报告(HTML),用于分析Spring应用启动卡点,优化Spring应用启动速度,并实现了一个Bean初始化方法异步化执行工具,实现了应用启动时长降低50%-60%。

🤩核心能力

📈Spring应用启动数据采集报告

Spring Bean初始化详情信息,支持初始化耗时/beanName搜索、Spring Bean初始化时序图方法调用次数及耗时统计(支持自定义方法)、应用未加载的jar包(帮助fatjar瘦身)及应用启动过程线程wall clock火焰图,帮助开发者快速分析定位应用启动卡点。

  1. Spring Bean初始化详情
    spring-bean-initialization
  2. Spring Bean初始化时序图
    ![spring-bean-timeline](https://p3-juejin.byteimg.com/tos-cn-i -k3u1fbpfcp/906ffef6e10048718df3c62ef4252a68~tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.image)
  3. 方法调用次数、耗时统计(支持自定义方法)
    details-of-method-invoke
  4. 应用未加载的jar包(帮助fatjar瘦身)
    unused-jars
  5. 应用启动过程线程wall clock火焰图(支持指定线程名称,不指定则采集全部线程)
    flame-graph

🚀应用启动时长优化

提供一个Spring Bean异步初始化jar包,针对初始化耗时比较长的bean,异步执行init和@PostConstruct方法提高应用启动速度。

📈Spring应用启动数据采集报告

安装jar包

提供了手动安装一键脚本安装两种安装方式

  1. 手动安装
  • 点击realease下载最新版tar.gz包

  • 新建文件夹,并解压


mkdir -p ${HOME}/spring-startup-****yzer

cd 下载路径

tar -zxvf spring-startup-****yzer.tar.gz ${HOME}/spring-startup-****yzer

  1. 脚本安装

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

配置项

在启动参数中进行配置,如配置超时时间为30分钟:-Dspring-startup-****yzer.app.health.check.timeout=30

请务必配置spring-startup-****yzer.app.health.check.endpoints选项,不然会一直采集直到应用启动检查超时时间(默认20分钟)才会停止,每隔1秒请求一次endpoint,请求响应头状态码为200则认为应用启动完成。默认健康检查URL:http://127.0.0.1:7002/actuator/health

配置项 说明 默认值
spring-startup-****yzer.app.health.check.timeout 应用启动健康检查超时时间,单位为分钟 20
**spring-startup-**yzer.app.health.check.endpoints 应用启动成功检查url,可配置多个,以","分隔 http://127.0.0.1:7002/actuator/health
spring-startup-****yzer.admin.http.server.port 管理端口 8065
spring-startup-****yzer.async.profiler.sample.thread.names async profiler采集的线程名称,支持配置多个,以","进行分隔 main
**spring-startup-**yzer.async.profiler.interval.millis async profiler采集间隔时间(ms) 5

应用启动

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:$HOME/spring-startup-****yzer/lib/spring-profiler-agent.jar即可。如果是以java命令行的方式启动应用,则在命令行中添加,如果是在IDEA中启动,则需要在VM options选项中添加。

日志文件路径:$HOME/spring-startup-****yzer/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-****yzer finished, click http://localhost:8065 to visit details. ======,可以通过此输出来判断采集是否完成。

自定义扩展

如果需要自定义观测能力,需要引入spring-profiler-starter的pom作为扩展项目的父pom,然后就可以使用项目对外暴露的接口进行扩展。更多的细节可以参考spring-profiler-extension的实现


<parent>

    <groupId>io.github.linyimin0812</groupId>

    <artifactId>spring-profiler-starter</artifactId>

    <version>2.0.0</version>

</parent>

扩展接口

public interface EventListener extends Startable {

    /**
     * 应用启动时调用
     */
    void start();

    /**
     * 应用启动完成后调用
     */
    void stop();
    
    /**
     * 需要增强的类
     * @param className 类全限定名, 如果为空, 默认返回为true

     * @return true: 进行增强, false: 不进行增强
     */
    boolean filter(String className);

    /**
     * 需要增强的方法(此方法会依赖filter(className), 只有filter(className)返回true时,才会执行到此方法)
     * @param methodName 方法名
     * @param methodTypes 方法参数列表
     * @return true: 进行增强, false: 不进行增强
     */
    default boolean filter(String methodName, String[] methodTypes) {
        return true;
    }

    /**
     * 事件响应处理逻辑
     * @param event 触发的事件
     */
    void onEvent(Event event);

    /**
     * 监听的事件
     * @return 需要监听的事件列表
     */
    List<Event.Type> listen();

}

其中start()和stop()方法代表系统的生命周期,分别在应用开始启动和应用启动完成时调用。filter()方法指定需要增强的类/方法。listen()方法指定监听的事件,包括进入方法和方法返回两种事件。onEvent()方法在监听的事件发生时会被调用

例如下面是一个统计应用启动过程中java.net.URLClassLoader.findResource(String)方法调用次数的扩展

打包运行

spring-profiler-starter的pom中已经定义了打包plugin,默认会将生成的jar包拷贝到$HOME/spring-startup-****yzer/extension文件下。


mvn clean package

只要按照步骤安装jar包安装好此项目,再执行上述的打包命令,打包好后再启动应用即可加载扩展jar包。

🚀应用启动时长优化

应用启动数据采集中,可以获取初始化耗时长的Bean,因为Spring启动过程是单线程完成的,为了优化应用的启动时长,可以考虑将这些耗时长的Bean的初始化方法异步化,查看实现原理

需要注意:

  • 应该优先从代码层面优化初始化时间长的Bean,从根本上解决Bean初始化耗时长问题

  • 对于二方包/三方包中初始化耗时长的Bean(无法进行代码优化)再考虑Bean的异步化

  • 对于不被依赖的Bean可以放心进行异步化,可以通过各个Bean加载耗时中的Root Bean判断Bean是否被其他Bean依赖

  • 对于被依赖的Bean需要小心分析,在应用启动过程中不能其他Bean被调用,否则可能会存在问题

支持异步化的Bean类型

支持@Bean, @PostConstruct@ImportResource 方式初始化bean,使用demo: spring-boot-async-bean-demo

1. @Bean(initMethod = “init”)标识的Bean


@Bean(initMethod = "init")

public TestBean testBean() {

    return new TestBean();

}

2. @PostConstruct标识的Bean


@Component

public class TestComponent {

    @PostConstruct

    public void init() throws InterruptedException {

        Thread.sleep(20 * 1000);

    }

}

接入异步Bean优化

1. 添加pom依赖


<dependency>   

  <groupId>io.github.linyimin0812</groupId>   

  <artifactId>spring-async-bean-starter</artifactId>   

  <version>2.0.0</version>

</dependency>

2. 配置一步加载信息


# 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

Beanspring-startup-****yzer.boost.spring.async.bean-priority-load-enable=true

# 指定异步的Bean名称

spring-startup-****yzer.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-****yzer.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-****yzer.boost.spring.async.init-bean-thread-pool-max-size=8

3. 检查Bean是否异步初始化

查看日志$HOME/spring-startup-****yzer/logs/startup.log文件,对于异步执行初始化的方法,会按照以下格式写一条日志:

async-init-bean, beanName: ${beanName}, async init method: ${initMethodName}

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林贻民
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