关于bean:Bean异步初始化让你的应用启动飞起来

如果你的系统启动耗时250s以上，文章思路应该能够帮到你。

一、背景

近期，在做利用启动提速相干工作的过程中，咱们发现，利用启动速度次要的瓶颈在于bean的初始化过程（init，afterPropertiesSet办法的耗时）。很多中间件bean的初始化逻辑波及到网络io，且在没有相互依赖的状况下串行执行。将这一部分中间件bean进行异步加载，是晋升启动速度的一个摸索方向。

二、解决方案

主动扫描可批量异步的中间件bean，而后，在bean的初始化阶段利用线程池并行执行其初始化逻辑。
容许应用方自行配置耗时bean以享受异步减速能力。(需应用方自行确认依赖关系满足异步条件)

三、原理

3.1 异步初始化原理

3.1.1 如何异步init和afterPropertiesSet？

3.1.1.1 这俩初始化办法在哪里执行的？

在AbstractAutowireCapableBeanFactory#invokeInitMethods办法（以下代码省略异样解决以及日志打印）

protected void invokeInitMethods(String beanName, final Object bean, @Nullable RootBeanDefinition mbd)        throws Throwable {    // 先看bean是不是实现了InitializingBean，如果是则执行afterPropertiesSet办法。    boolean isInitializingBean = (bean instanceof InitializingBean);    if (isInitializingBean && (mbd == null || !mbd.isExternallyManagedInitMethod("afterPropertiesSet"))) {        if (System.getSecurityManager() != null) {            AccessController.doPrivileged((PrivilegedExceptionAction<Object>) () -> {                ((InitializingBean) bean).afterPropertiesSet();                return null;            }, getAccessControlContext());        } else {            ((InitializingBean) bean).afterPropertiesSet();        }    }    // xml定义的init办法    if (mbd != null && bean.getClass() != NullBean.class) {        String initMethodName = mbd.getInitMethodName();        if (StringUtils.hasLength(initMethodName) &&                !(isInitializingBean && "afterPropertiesSet".equals(initMethodName)) &&                !mbd.isExternallyManagedInitMethod(initMethodName)) {            invokeCustomInitMethod(beanName, bean, mbd);        }    }}

调用位置图

3.1.1.2 如何自定义该办法逻辑使其反对异步执行？

很简略的想法

有没有可能，我能够替换原有的BeanFactory，换成我自定义的一个BeanFactory，而后我继承他，只是重写invokeInitMethods办法逻辑使其反对异步？像这样：

public class AsyncInitBeanFactory extends DefaultListableBeanFactory {    private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(AsyncInitBeanFactory.class);    // 省略    @Override    protected void invokeInitMethods(String beanName, Object bean, RootBeanDefinition mbd) throws Throwable {        if (AsyncInitBeanNameContainer.MIDDLEWARE_ASYNC_HSF_BEAN_NAME.contains(beanName)) {            // hsf异步init            this.asyncCallInitMethods(TaskUtil.threadPool4HsfBean, beanName, bean, mbd);        } else if (AsyncInitBeanNameContainer.MIDDLEWARE_ASYNC_INIT_BEAN_NAME.contains(beanName)) {            // 其余bean异步init            this.asyncCallInitMethods(TaskUtil.threadPool4NormalMBean, beanName, bean, mbd);        } else {            // 同步init call父类原来的invokeInitMethods            try {                super.invokeInitMethods(beanName, bean, mbd);            } catch (Exception e) {                logger.error("middleware-bean-accelerator sync-init error: {}", e.getMessage(), e);                throw e;            }        }    }    // 省略}

那当初曾经有了自定义办法了，只有解决替换就行了呗？

怎么替换？

实现ApplicationContextInitializer接口，ApplicationContextInitializer在ApplicationContext做refresh之前能够对ConfigurableApplicationContext的实例做进一步的设置或者解决。在这里能够用反射替换掉原BeanFactory。像这样：

public class AsyncAccelerateInitializer implements ApplicationContextInitializer<ConfigurableApplicationContext>, Ordered {    @Override    public void initialize(ConfigurableApplicationContext context) {        // 是否开启异步初始化        if (ConfigUtil.isEnableAccelerate(context) && context instanceof GenericApplicationContext) {          AsyncInitBeanFactory beanFactory = new AsyncInitBeanFactory(context.getBeanFactory());            // 通过反射替换beanFactory            try {                Field field = GenericApplicationContext.class.getDeclaredField("beanFactory");                field.setAccessible(true);                field.set(context, beanFactory);            } catch (Throwable e) {                throw new RuntimeException(e);            }        }    }}

之后咱们只须要在spring.factories文件将其注册即可。

这样一来就实现了咱们一开始的指标，让init办法和afterPropertiesSet反对异步执行。

3.1.2 如何异步PostConstruct？

3.1.2.1 @PostConstruct在哪执行的？

在CommonAnnotationBeanPostProcessor#postProcessBeforeInitialization办法

这是哪里？

CommonAnnotationBeanPostProcessor实现了BeanPostProcessor接口，postProcessBeforeInitialization办法是BeanPostProcessor的办法。BeanPostProcessor在初始化阶段被调用。

org.springframework.beans.factory.support.AbstractAutowireCapableBeanFactory#applyBeanPostProcessorsBeforeInitialization

@Overridepublic Object applyBeanPostProcessorsBeforeInitialization(Object existingBean, String beanName)        throws BeansException {    Object result = existingBean;    // 把BeanPostProcesss都抓进去调用一下    for (BeanPostProcessor processor : getBeanPostProcessors()) {        Object current = processor.postProcessBeforeInitialization(result, beanName);        if (current == null) {            return result;        }        result = current;    }    return result;}

调用位置图

3.2.1.2 如何自定义该办法逻辑使其反对异步执行？

很简略的想法

有没有可能，我能够去掉原有的CommonAnnotationBeanPostProcessor，换成我自定义的一个BeanPostProcessor，而后我继承他，只是重写postProcessBeforeInitialization办法逻辑使其反对可异步的@PostConstruct 办法？像这样：

public class AsyncCommonAnnotationBeanPostProcessor extends CommonAnnotationBeanPostProcessor {    private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(AsyncCommonAnnotationBeanPostProcessor.class);    @Override    public Object postProcessBeforeInitialization(Object bean, String beanName) throws BeansException {        // 如果是我指定的beanName 那么走异步初始化, 把super.postProcessBeforeInitialization(bean, beanName) 放进线程池里执行        if (AsyncInitBeanNameContainer.MIDDLEWARE_ASYNC_POST_CONSTRUCT_BEAN_NAME.contains(beanName)) {            // 异步初始化            this.asyncExecutePostConstruct(bean, beanName);        } else {            // 同步初始化            return super.postProcessBeforeInitialization(bean, beanName);        }        return bean;    }    // 略}

那当初曾经有了自定义办法了，只有解决替换就行了呗？

怎么替换？

实现InstantiationAwareBeanPostProcessorAdapter接口，其中有一个办法叫做postProcessBeforeInstantiation。postProcessBeforeInstantiation办法是对象实例化前最先执行的办法，它在指标对象实例化之前调用，该办法的返回值类型是Object，咱们能够返回任何类型的值。因为这个时候指标对象还未实例化，所以这个返回值能够用来代替本来该生成的指标对象的实例(比方代理对象)。

像这样：

public class OverrideAwareBeanPostProcessor extends InstantiationAwareBeanPostProcessorAdapter {    @Override    public Object postProcessBeforeInstantiation(Class<?> beanClass, String beanName) throws BeansException {        // 替换掉原解决@PostConstruct注解的后置处理器        if ("org.springframework.context.annotation.internalCommonAnnotationProcessor".equals(beanName)) {            AsyncCommonAnnotationBeanPostProcessor asyncBeanPostProcessor = new AsyncCommonAnnotationBeanPostProcessor();            // 省略根底的设置            return asyncBeanPostProcessor;        }        return super.postProcessBeforeInstantiation(beanClass, beanName);    }}

这样一来就实现了咱们一开始的指标，让@PostConstruct办法反对异步执行。

3.2 批量扫描&异步加载中间件Bean原理

中间件bean批量异步实现案例以RPC为例RPC是后端日常开发中最常见的中间件之一，HSF是阿里外部常见的RPC中间件，3.2节的讲述咱们以HSF为案例，实现HSFConsumerBean的批量异步初始化。

3.2.1 如何获取待异步的Bean信息？

3.2.1.1 HSF Consumer是怎么样应用的？

与Dubbo类似，对于使用者而言，只需在成员变量上加上@HSFConsumer注解，服务启动过程中HSF就会将实现了近程调用的代理对象注入成员变量。如下：

@Servicepublic class XXXService {        @HSFConsumer(serviceVersion = "1.0.0", serviceGroup = "HSF")    private OrderService orderService;    // 省略}

3.2.1.2 如何通过Consumer的注解获取Bean信息？

如3.2.1.1节所示，被注入代理对象的成员变量字段上带有@HSFConsumer注解，这样，咱们是不是能够利用该注解在启动过程中找到这些Bean，并对其施行异步初始化解决？答案是必定的通过实现BeanFactoryPostProcessor接口，咱们能够在beanDefinition被扫描&记录后，在postProcessBeanFactory办法中获取所有bean的定义信息，并找出其中带有@HSFConsumer注解的bean进行记录，以便在后续调用init办法时（见3.1.1.2节）进行异步初始化。

public class HsfBeanNameCollector implements BeanFactoryPostProcessor, BeanClassLoaderAware {    private ClassLoader classLoader;    @Override    public void postProcessBeanFactory(ConfigurableListableBeanFactory beanFactory) throws BeansException {        // 省略        for (String beanName : beanFactory.getBeanDefinitionNames()) {            BeanDefinition definition = beanFactory.getBeanDefinition(beanName);            String beanClassName = definition.getBeanClassName();            Class<?> clazz = ClassUtils.resolveClassName(definition.getBeanClassName(), this.classLoader);            ReflectionUtils.doWithFields(clazz, field -> {                if (AnnotationUtils.getAnnotation(field, HSFConsumer.class) == null) {                    return;                }                // 收集HsfConsumerBeanName不便后续异步化                AsyncInitStaticVariables.MIDDLEWARE_ASYNC_HSF_BEAN_NAME.add(field.getName());            });        }    }    @Override    public void setBeanClassLoader(ClassLoader classLoader) {        this.classLoader = classLoader;    }}

3.3.2 如何平安异步HSFSpringConsumerBean？

3.3.2.1 咱们加@HSFConsumer注解的成员变量是如何被注入动静代理类的？

HSFSpringConsumerBean实现了FactoryBean接口，其中的getObject办法会在属性注入时被调用，获取其返回值，注入成员变量。而真正接口的实现（也就是动静代理类）就是在这里被注入的。

public class HSFSpringConsumerBean implements FactoryBean, InitializingBean, ApplicationListener, ApplicationContextAware {    // 省略    @Override    public Object getObject() throws Exception {        return consumerBean.getObject();    }    // 省略}

而该动静代理类是如何生成的呢？答案在HSFApiConsumerBean的init办法中
如下所示：metadata.setTarget(consume(metadata));

public class HSFApiConsumerBean {    // 省略    /**     * 初始化     *     * @throws Exception     */    public void init() throws Exception {        // 省略        synchronized (metadata) {            // 省略                        metadata.init();            try {                // 动静代理类的设置就在这里                metadata.setTarget(consume(metadata));              // 省略            } catch (Exception e) {                // 省略            } catch (Throwable t) {                // 省略            }            // 省略        }    }    // 省略}

3.3.2.2 会存在什么问题？

动静代理对象的生成在init阶段意味着什么？

意味着bean初始化如果未实现，会为成员变量注入一个null值，导致consumer不可用，这是异步的微小危险。

3.3.2.3 咱们的解决方案

自定义一个NewHsfSpringConsumerBean，继承HSFSpringConsumerBean并重写getObject办法，在父类的getObject办法执行前期待初始化工作实现。
像这样：

public class NewHsfSpringConsumerBean extends HSFSpringConsumerBean {    // 省略    private Future<?> initTaskFuture;    /**     * 重写NewHsfSpringConsumerBean的次要目标 在此退出卡点 避免hsfSpringConsumerBean未初始化实现导致的npe     *     * @return     * @throws Exception     */    @Override    public Object getObject() throws Exception {        this.waitHsfInit();        return super.getObject();    }    private void waitHsfInit() {        if (this.initTaskFuture == null) {            logger.warn("middleware-bean-accelerator, hsf getObject wait future is null.");            return;        }        try {            this.initTaskFuture.get();        } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {            throw new RuntimeException(e);        }    }    // 省略}

当初的问题就是咱们如何将原有的HSFSpringConsumerBean替换成NewHsfSpringConsumerBean？
答案还是InstantiationAwareBeanPostProcessorAdapter接口
如下所示：

public class OverrideAwareBeanPostProcessor extends InstantiationAwareBeanPostProcessorAdapter {    private final AsyncInitBeanFactory beanFactory;    // 省略    @Override    public Object postProcessBeforeInstantiation(Class<?> beanClass, String beanName) throws BeansException {        // 批改beanDefinition 使容器创立自定义的HsfSpringConsumerBean        if (beanClass == HSFSpringConsumerBean.class) {            this.reviseBeanDefinition(beanName, NewHsfSpringConsumerBean.class);            // 返回null能够让实例化的工作交由spring容器            return null;        }        return super.postProcessBeforeInstantiation(beanClass, beanName);    }    @Override    public boolean postProcessAfterInstantiation(Object bean, String beanName) {        if (bean.getClass() == NewHsfSpringConsumerBean.class) {            this.reviseBeanDefinition(beanName, HSFSpringConsumerBean.class);        }        return super.postProcessAfterInstantiation(bean, beanName);    }    /**     * 批改beanDefinition     * 设置NewHsfSpringConsumerBean使容器创立自定义的HsfSpringConsumerBean 实例化后设置回来     *     * @param beanName     * @return     */    private void reviseBeanDefinition(String beanName, Class<?> clazz) {        try {            Method methodOfRootBeanDefinition = this.beanFactory.getClass().                    getSuperclass().getSuperclass().getSuperclass().                    getDeclaredMethod("getMergedLocalBeanDefinition", String.class);            methodOfRootBeanDefinition.setAccessible(true);            RootBeanDefinition beanDefinition = (RootBeanDefinition) methodOfRootBeanDefinition.invoke(this.beanFactory, beanName);            // 重点步骤: 批改beanDefinition 使容器创立自定义的HsfSpringConsumerBean, 并在实例化后设置回来            beanDefinition.setBeanClass(clazz);        } catch (InvocationTargetException | NoSuchMethodException | IllegalAccessException e) {            throw new RuntimeException(e);        }    }}

咱们在实例化之前，批改beanDefinition，使容器创立自定义的HsfSpringConsumerBean。而后在实例化后的阶段将beanDefinition改回，这样就十分优雅实现了对原有HSFSpringConsumerBean的替换动作！

四、成果

4.1 性能成果

作者｜严熠彬(言益)

原文链接

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