如果你的系统启动耗时250s以上，文章思路应该可以帮到你。
一、背景
近期，在做应用启动提速相关工作的过程中，我们发现，应用启动速度主要的瓶颈在于bean的初始化过程（init，afterPropertiesSet方法的耗时）。很多中间件bean的初始化逻辑涉及到网络io，且在没有相互依赖的情况下串行执行。将这一部分中间件bean进行异步加载，是提升启动速度的一个探索方向。
二、解决方案
- 自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。
- 允许使用方自行配置耗时bean以享受异步加速能力。(需使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 这俩初始化方法在哪里执行的？
在AbstractAutowireCapableBeanFactory#invokeInitMethods方法（以下代码省略异常处理以及日志打印）
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方法。 boolean isInitializingBean = (bean instanceof InitializingBean); if (isInitializingBean && (mbd == null || !mbd.isExternallyManagedInitMethod("afterPropertiesSet"))) { if (System.getSecurityManager() != null) { AccessController.doPrivileged((PrivilegedExceptionAction- 调用位置图
3.1.1.2 如何自定义该方法逻辑使其支持异步执行？
- 很简单的想法
有没有可能，我可以替换原有的BeanFactory，换成我自定义的一个BeanFactory，然后我继承他，只是重写invokeInitMethods方法逻辑使其支持异步？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)) { // 其他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}那现在已经有了自定义方法了，只要解决替换就行了呗？
- 怎么替换？
实现ApplicationContextInitializer接口，ApplicationContextInitializer在ApplicationContext做refresh之前可以对ConfigurableApplicationContext的实例做进一步的设置或者处理。在这里可以用反射替换掉原BeanFactory。像这样：
public class AsyncAccelerateInitializer implements ApplicationContextInitializer, 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); } } }} 之后我们只需要在spring.factories文件将其注册即可。
这样一来就实现了我们一开始的目标，让init方法和afterPropertiesSet支持异步执行。
3.1.2 如何异步PostConstruct？
3.1.2.1 @PostConstruct在哪执行的？
在CommonAnnotationBeanPostProcessor#postProcessBeforeInitialization方法
- 这是哪里？
CommonAnnotationBeanPostProcessor实现了BeanPostProcessor接口，postProcessBeforeInitialization方法是BeanPostProcessor的方法。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都抓出来调用一下 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 如何自定义该方法逻辑使其支持异步执行？
- 很简单的想法
有没有可能，我可以去掉原有的CommonAnnotationBeanPostProcessor，换成我自定义的一个BeanPostProcessor，然后我继承他，只是重写postProcessBeforeInitialization方法逻辑使其支持可异步的@PostConstruct 方法？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}那现在已经有了自定义方法了，只要解决替换就行了呗？
- 怎么替换？
实现InstantiationAwareBeanPostProcessorAdapter接口，其中有一个方法叫做postProcessBeforeInstantiation。postProcessBeforeInstantiation方法是对象实例化前最先执行的方法，它在目标对象实例化之前调用，该方法的返回值类型是Object，我们可以返回任何类型的值。由于这个时候目标对象还未实例化，所以这个返回值可以用来代替原本该生成的目标对象的实例(比如代理对象)。
像这样：
public class OverrideAwareBeanPostProcessor extends InstantiationAwareBeanPostProcessorAdapter {
@Override public Object postProcessBeforeInstantiation(Class beanClass, String beanName) throws BeansException { // 替换掉原处理@PostConstruct注解的后置处理器 if ("org.springframework.context.annotation.internalCommonAnnotationProcessor".equals(beanName)) { AsyncCommonAnnotationBeanPostProcessor asyncBeanPostProcessor = new AsyncCommonAnnotationBeanPostProcessor(); // 省略基础的设置 return asyncBeanPostProcessor; } return super.postProcessBeforeInstantiation(beanClass, beanName); }}这样一来就实现了我们一开始的目标，让@PostConstruct方法支持异步执行。
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是阿里内部常见的RPC中间件，3.2节的讲述我们以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是怎么样使用的？
与Dubbo相似，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就会将实现了远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，我们是不是可以利用该注解在启动过程中找到这些Bean，并对其实施异步初始化处理？答案是肯定的通过实现BeanFactoryPostProcessor接口，我们可以在beanDefinition被扫描&记录后，在postProcessBeanFactory方法中获取所有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方法时（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方便后续异步化 AsyncInitStaticVariables.MIDDLEWARE_ASYNC_HSF_BEAN_NAME.add(field.getName()); }); } }
@Override public void setBeanClassLoader(ClassLoader classLoader) { this.classLoader = classLoader; }}3.3.2 如何安全异步HSFSpringConsumerBean？
3.3.2.1 我们加@HSFConsumer注解的成员变量是如何被注入动态代理类的？
HSFSpringConsumerBean实现了FactoryBean接口，其中的getObject方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（也就是动态代理类）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}而该动态代理类是如何生成的呢？答案在HSFApiConsumerBean的init方法中
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 { // 动态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？
- 动态代理对象的生成在init阶段意味着什么？
意味着bean初始化如果未完成，会为成员变量注入一个null值，导致consumer不可用，这是异步的巨大风险。
3.3.2.3 我们的解决方案
自定义一个NewHsfSpringConsumerBean，继承HSFSpringConsumerBean并重写getObject方法，在父类的getObject方法执行前等待初始化任务完成。
像这样：
public class NewHsfSpringConsumerBean extends HSFSpringConsumerBean { // 省略 private Future initTaskFuture;
/** * 重写NewHsfSpringConsumerBean的主要目的 在此加入卡点 防止hsfSpringConsumerBean未初始化完成导致的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}现在的问题就是我们如何将原有的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 { // 修改beanDefinition 使容器创建自定义的HsfSpringConsumerBean if (beanClass == HSFSpringConsumerBean.class) { this.reviseBeanDefinition(beanName, NewHsfSpringConsumerBean.class); // 返回null可以让实例化的任务交由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); }
/** * 修改beanDefinition * 设置NewHsfSpringConsumerBean使容器创建自定义的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: 修改beanDefinition 使容器创建自定义的HsfSpringConsumerBean, 并在实例化后设置回来 beanDefinition.setBeanClass(clazz); } catch (InvocationTargetException | NoSuchMethodException | IllegalAccessException e) { throw new RuntimeException(e); } }}我们在实例化之前，修改beanDefinition，使容器创建自定义的HsfSpringConsumerBean。然后在实例化后的阶段将beanDefinition改回，这样就非常优雅实现了对原有HSFSpringConsumerBean的替换动作！
四、效果
4.1 性能效果
作者｜严熠彬(言益)
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