提升springboot应用速度的方法

喜欢ヅ旅行 2023-10-15 18:07 128阅读 0赞

### 提升springboot应用速度的方法 ###

*  问题的出现背景
 *  主要的耗时原因
 *  火焰图的看法
 *  优化springboot启动速度的方法
 *   *  1. 从业务层面的优化
     *  2. 从Java应用程序层面的优化

# 问题的出现背景 #

当对微服务的服务拆分没有把控好业务边界、拆分力度多大的时候，就会出现问题。

# 主要的耗时原因 #

为了优化启动速度，首先我们需要观察到底应用慢在哪里，IDEA自带集成了async-profile工具，所以通过火焰图，可以更直观地看到一些应用启动过程中的问题。  
![在这里插入图片描述][2019e010aefe483da3d1cf045a05bbc6.png]  
通过这张图可以看到大量的耗时在Bean的加载和初始化过程中。

# 火焰图的看法 #

Y轴表示调用栈，每一层都是一个函数。调用栈越深火焰就越高。

顶部就是正在执行的函数，下方都是他的父函数。

X轴表示抽样数。

如果一个函数在x轴占据的宽度越宽，就表示他被抽到的次数越多，即执行的时间越长。

# 优化springboot启动速度的方法 #

## 1. 从业务层面的优化 ##

1.  减少业务初始化，对一些过大的应用，大部分的耗时都应该在业务太大或者包含大量的初始化逻辑上面。比如建立数据库连接、redis连接、业务逻辑的查询舒适化等等。对于业务方的建议则是尽量减少不必要的依赖。没有必要启动就初始化的业务能异步则异步。
2.  延迟初始化，springboot2.2版本之后引入了延迟初始化的属性，配置为true就可以。  
    ![在这里插入图片描述][a72b8a94c21a43e99c0764024dcd888f.png]  
    表示所有的Bean都将延迟初始化。这样一定程度上可以提高启动速度。但是会导致第一次访问的时候较慢。
3.  spring 5之后提供了这个功能，它的主要作用是解决在类扫描的时候，避免类过多导致扫描速度过慢的问题。使用的方法也很简单，导入依赖，然后在启动类上打上@Indexed注解。这样在程序编译打包之后，会生成`META-INF/spring.components`文件。当执行`ComponentScan`扫描类时，会读取索引文件，提高扫描速度。
4.  关闭JMX，springboot2.2以下的版本默认会开启jmx，可以使用jconsole查看。对于我们无需这些监控的话，可以手动关闭它。
5.  关闭分层编译，JDK8之后的版本默认打开多层编译，可以使用命令去查看。  
    ![在这里插入图片描述][480dd6747adb4f79bc677091b2bb52a4.png]  
    ![在这里插入图片描述][83d245eeec324196bf25c8fd0b7024f8.png]  
    其中Tier3就是C1编译器，Tier4就是C2编译器，表示一个方法解释编译2000次以后进行c1编译，c1编译以后执行15000次会进行C2编译。

我们可以通过命令使用C1编译器，这样就不存在C2编译器的优化阶段，能够提高启动速度，同时配合这个命令关闭字节码验证。

![在这里插入图片描述][68c7af88c9544f589c224a8d0c624f1c.png]

但是尽量不要在线上环境使用。

## 2. 从Java应用程序层面的优化 ##

上面的介绍时一些从业务层面启动参数之类的优化，下面我们接着看一下java应用程序本身有哪些途径可以进行优化。

在此之前我们回忆一下java创建对象的过程，首先需要进行类加载，然后去创建对象，对象创建之后就可以调用对象方法了。

这中间涉及到jit，jit通过运行时将字节码编译为本地机器码来提高java程序的性能，因此下面谈到的几个技术，将会概括以上涉及的几个步骤：  
![在这里插入图片描述][d676423149fc47198bceaa9f4edc424f.png]  
第一个JAR INDEX, JAR包本质上就是一个ZIP文件。当加载类的时候，我们通过类加载器去遍历JAR包，找到对应的class文件进行加载，然后验证准备解析，初始化、实例化对象，JAR INDEX实际上是一个很古老的技术，就是用来解决在加载类的时候，遍历JAR性能的问题。早在JDK1.3版本中就已经引入了。

举个例子来说，假设我们要在abc三个JAR包中查找class文件:

![在这里插入图片描述][3375af7486a74e12a790e7f75aa1858d.png]  
如果能够通过类型com c，立刻推断出具体在哪个JAR包，就可以避免JAR遍历的过程，不过对于现在项目来说，Jar Index很难应用。

首先第一点，通过jar -i生成的索引文件是基于META-INF/MANIFEST.MF中的Class-Path来的，我们目前大多项目不会涉及到这个，所以索引文件的生成需要我们自己去做额外的处理。

第二点只支持URLClassLoader，需要我们自己自定义类加载逻辑，第二个APP CDS, 全称为Application Class Data Sharing，主要是用于启动加速和节省内存。其实早在JDK1.5版本就已经引入，只是在过去的版本迭代过程中，在不断的升级优化。而在jdk13版本中则是默认打开。早期的CDS只支持BootClassLoader，但是在JDK8中引入了AppCDS，支持AppClassLoader和自定义的ClassLoader。  
![在这里插入图片描述][3045eb6b442a49d4894cb20915f43fb2.png]  
其实我们都知道类在加载过程中伴随着解析、校验这个过程。而CDS就是将这个过程产生的数据结构存储到归档文件中。在下次运行的时候重复使用。这个归档文件被称作Shared Archive。

![在这里插入图片描述][49a246780aaf4c57b78ab21800a58cc6.png]

以`jsa`作为文件后缀，在使用的时候，其实就是将jsa文件映射到内存当中，让对象头中的类型指针指向该内存地址。需要注意的是AppCDS只会在包含所有class文件的FatJar生效。对于SpringBoot的嵌套Jar结构无法生效。需要利用maven shade plugin来创建shade jar。

![在这里插入图片描述][a0d7e6a8728a4228851cec18c29816db.png]

第三个，Heap Archive，JDK9中引入了HeapArchive，并且在JDK12中被正式使用。

![在这里插入图片描述][0ea58ee1ab5c4da49991348a95dd0ccc.png]

我们可以认为Heap Archive是对APPCDS的一个延伸。简单的来说，可以认为HeapArchive是在类初始化的时候，通过内存映射持久化了一些static字段，避免调用类初始化器，提前拿到初始化好的类，提高启动速度。

第4个，AOT编译。我们说过JIT是通过运行时将字节码编译为本地机器码，需要的时候直接执行，减少了解释的时间，从而提高程序运行速度。

上面我们提到的3个提高应用启动速度的方式都可以归为类加载的过程。

当真正创建对象实例，执行方法的时候，由于可能没有被jit编译，在解释模式下执行的速度非常慢。

![在这里插入图片描述][3bc02e2bbdc1422d95900edec21c65b5.png]

所以产生了AOT编译的方式，AOT（Ahead-Of-Time）指的是程序运行之前发生的编译行为。它的作用相当于预热，提前编译为机器码，减少解释时间。

比如现在Spring Cloud Native就是这样，在运行时直接静态编译成可执行文件，不依赖JVM，所以速度非常快，但是Java中AOT技术不够成熟。作为实验性的技术，在JDK8之后版本默认关闭，需要我们去手动打开。而且由于长期缺乏维护和调优，这项技术在jdk16的版本中已经被移除了。

**参考资料**：[让你的springboot应用启动速度快到飞起的几个方法！][springboot]

[2019e010aefe483da3d1cf045a05bbc6.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/2019e010aefe483da3d1cf045a05bbc6.png
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