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一、解決的痛點(diǎn)

在實(shí)際使用 Spring/Spring Boot 開發(fā)中，一些 Bean 在初始化過(guò)程中，會(huì)執(zhí)行一些準(zhǔn)備操作，如：

• 拉取遠(yuǎn)程配置
• 初始化數(shù)據(jù)源
• 加載數(shù)據(jù)到j(luò)vm本地緩存

在應(yīng)用啟動(dòng)期間，這些 Bean 會(huì)增加 Spring 上下文刷新時(shí)間，導(dǎo)致應(yīng)用啟動(dòng)耗時(shí)變長(zhǎng)。為了加速應(yīng)用啟動(dòng)，enhance-boot-async-init模塊提供了通過(guò)配置的可選項(xiàng)，將 Bean 的初始化方法（init-method）使用單獨(dú)線程異步執(zhí)行的能力，加快 Spring 上下文加載過(guò)程，提高應(yīng)用啟動(dòng)速度。僅需要將 @BasisAsyncInit注解標(biāo)注到需要異步執(zhí)行的初始化方法上即可實(shí)現(xiàn)應(yīng)用啟動(dòng)過(guò)程中異步初始化。

加粗樣式## 二、異步初始化組件說(shuō)明

• 需要顯示的將@BasisAsyncInit注解標(biāo)注在某些需要在啟動(dòng)過(guò)程中異步初始化的方法上才能實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)過(guò)程中異步執(zhí)行。自動(dòng)探測(cè)所有可異步初始化的功能待實(shí)現(xiàn)（因?yàn)橐M(jìn)行依賴關(guān)系分析，比如在執(zhí)行異步初始化某個(gè)類時(shí)，該類依賴關(guān)系非常復(fù)雜，并且可能他所依賴的某些bean還為被spring 容器創(chuàng)建，那么此時(shí)就需要去創(chuàng)建依賴的bean，且分析依賴樹。這個(gè)后面實(shí)現(xiàn)）
• 異步初始化時(shí)需要滿足如下條件才能算是安全的穩(wěn)定的異步初始化
  • 所有異步初始化完成之前容器不能算是啟動(dòng)成功。所以在容器啟動(dòng)完成前需要檢查是否所有的異步初始化都執(zhí)行完畢了
  • 如果有某個(gè)異步初始化執(zhí)行失敗了，則不能讓容器完成啟動(dòng)，而是要阻止容器啟動(dòng)（如果異步初始化失敗了，但此時(shí)容器啟動(dòng)完成了，比如：將restful接口對(duì)外暴露了，那么將會(huì)導(dǎo)致調(diào)用失?。?/li>
  • 異步啟動(dòng)的線程池可根據(jù)項(xiàng)目的需要?jiǎng)討B(tài)配置
• @BasisAsyncInit 注解可以使用在類上，也可以配合@Bean注解標(biāo)注在注入方法上，eg:

// 在注入HelloService處標(biāo)注@BasisAsyncInit注解（此時(shí)HelloService上可以不標(biāo)注）
@BasisAsyncInit
@Bean(initMethod = "init")
public HelloService helloService() {
  return new HelloService();
}
// 或者直接標(biāo)注在類上
@BasisAsyncInit
public class HelloService {
}

二、使用

1、yml配置文件中開啟異步初始化

basis:
  enhance:
    async:
      init:
        # 開啟異步初始化功能
        enable: true
        # 異步初始化線程池核心線程數(shù)量(不配置的話默認(rèn)是 2*cpu核數(shù) + 1)
        asyncInitBeanCoreSize: 10
        # 異步初始化線程池最大線程數(shù)量(不配置的話默認(rèn)是 2*cpu核數(shù) + 1)
        asyncInitBeanMaxSize: 20

2、創(chuàng)建異步初始化的bean

@Slf4j
// 炸裂標(biāo)注該bean是異步初始化的
@BasisAsyncInit
public class HelloService {
    /**
     * init方法
     */
    public void init() throws InterruptedException {
        log.info("i am HelloService.init method, start........");
      // 睡一會(huì)兒，這里模擬初始化方法非常耗時(shí)，初始化方法執(zhí)行完畢前容器不允許正常啟動(dòng)成功
        TimeUnit.SECONDS.sleep(10);
      // 這里模擬異步初始化失敗容器不允許正常啟動(dòng)
//        final int i = 1 / 0;
        log.info("i am HelloService.init method, end........");
    }
    public String sayHello(String name) {
        log.info("hello {}", name);
        return "hello-" + name;
    }
}

3、注入異步初始化的bean并指定初始化方法

@Bean(initMethod = "init")
public HelloService helloService() {
    return new HelloService();
}

4、啟動(dòng)應(yīng)用觀察日志

①、正常啟動(dòng)日志

• 可以看到HelloService的init方法是被異步線程pool-1-thread-1執(zhí)行的，而不是main線程
• 可以看到main線程一直是等到異步線程pool-1-thread-1執(zhí)行完畢后再讓容器啟動(dòng)成功的

2023-07-30 16:09:29.238  INFO 24094 --- [           main] w.s.c.ServletWebServerApplicationContext : Root WebApplicationContext: initialization completed in 711 ms
2023-07-30 16:09:29.307  INFO 24094 --- [           main] o.b.e.a.init.executor.AsyncTaskExecutor  : create async-init-bean thread pool, corePoolSize: 10, maxPoolSize: 20.
2023-07-30 16:09:29.308  INFO 24094 --- [pool-1-thread-1] o.e.async.init.service.HelloService      : i am HelloService.init method, start........
2023-07-30 16:09:29.541  INFO 24094 --- [           main] io.undertow                              : starting server: Undertow - 2.2.8.Final
2023-07-30 16:09:29.545  INFO 24094 --- [           main] org.xnio                                 : XNIO version 3.8.0.Final
2023-07-30 16:09:29.549  INFO 24094 --- [           main] org.xnio.nio                             : XNIO NIO Implementation Version 3.8.0.Final
2023-07-30 16:09:29.578  INFO 24094 --- [           main] org.jboss.threads                        : JBoss Threads version 3.1.0.Final
2023-07-30 16:09:29.623  INFO 24094 --- [           main] o.s.b.w.e.undertow.UndertowWebServer     : Undertow started on port(s) 8080 (http)
2023-07-30 16:09:39.310  INFO 24094 --- [pool-1-thread-1] o.e.async.init.service.HelloService      : i am HelloService.init method, end........
2023-07-30 16:09:39.311  INFO 24094 --- [pool-1-thread-1] o.b.e.a.i.p.AsyncProxyBeanPostProcessor  : org.enhance.async.init.service.HelloService(helloService) init method execute 10003 ms.
2023-07-30 16:09:39.321  INFO 24094 --- [           main] o.e.async.init.DemoAsyncInitApplication  : Started DemoAsyncInitApplication in 11.168 seconds (JVM running for 11.853)

②、初始化方法執(zhí)行異常日志

• 可以看到初始化方法異步執(zhí)行失敗，容器不會(huì)啟動(dòng)成功，不會(huì)將服務(wù)暴露出去

2023-07-30 16:12:30.000  INFO 24127 --- [           main] o.e.async.init.DemoAsyncInitApplication  : Starting DemoAsyncInitApplication using Java 1.8.0_281 on wenpf-MacBook-Pro.local with PID 24127 (/Users/wenpanfeng/MyFolder/DevelopWorkspace/IdeaWorkSpace/StudyProjects/basis-enhance/enhance-demo-parent/demo-enhance-async-init/target/classes started by wenpanfeng in /Users/wenpanfeng/MyFolder/DevelopWorkspace/IdeaWorkSpace/StudyProjects/basis-enhance)
2023-07-30 16:12:30.002  INFO 24127 --- [           main] o.e.async.init.DemoAsyncInitApplication  : No active profile set, falling back to default profiles: default
2023-07-30 16:12:30.763  WARN 24127 --- [           main] io.undertow.websockets.jsr               : UT026010: Buffer pool was not set on WebSocketDeploymentInfo, the default pool will be used
2023-07-30 16:12:30.779  INFO 24127 --- [           main] io.undertow.servlet                      : Initializing Spring embedded WebApplicationContext
2023-07-30 16:12:30.779  INFO 24127 --- [           main] w.s.c.ServletWebServerApplicationContext : Root WebApplicationContext: initialization completed in 731 ms
2023-07-30 16:12:30.860  INFO 24127 --- [           main] o.b.e.a.init.executor.AsyncTaskExecutor  : create async-init-bean thread pool, corePoolSize: 10, maxPoolSize: 20.
2023-07-30 16:12:30.861  INFO 24127 --- [pool-1-thread-1] o.e.async.init.service.HelloService      : i am HelloService.init method, start........
2023-07-30 16:12:31.109  INFO 24127 --- [           main] io.undertow                              : starting server: Undertow - 2.2.8.Final
2023-07-30 16:12:31.114  INFO 24127 --- [           main] org.xnio                                 : XNIO version 3.8.0.Final
2023-07-30 16:12:31.119  INFO 24127 --- [           main] org.xnio.nio                             : XNIO NIO Implementation Version 3.8.0.Final
2023-07-30 16:12:31.151  INFO 24127 --- [           main] org.jboss.threads                        : JBoss Threads version 3.1.0.Final
2023-07-30 16:12:31.197  INFO 24127 --- [           main] o.s.b.w.e.undertow.UndertowWebServer     : Undertow started on port(s) 8080 (http)
2023-07-30 16:12:40.867  INFO 24127 --- [           main] io.undertow                              : stopping server: Undertow - 2.2.8.Final
2023-07-30 16:12:40.879  INFO 24127 --- [           main] ConditionEvaluationReportLoggingListener : 

Error starting ApplicationContext. To display the conditions report re-run your application with 'debug' enabled.
2023-07-30 16:12:40.899 ERROR 24127 --- [           main] o.s.boot.SpringApplication               : Application run failed

org.basis.enhance.async.init.exception.BasisAsyncInitException: 異步初始化失敗.
    at org.basis.enhance.async.init.executor.AsyncTaskExecutor.ensureAsyncTasksFinish(AsyncTaskExecutor.java:94) ~[classes/:na]
    at org.basis.enhance.async.init.listener.AsyncTaskExecutionListener.onApplicationEvent(AsyncTaskExecutionListener.java:28) ~[classes/:na]
    at org.basis.enhance.async.init.listener.AsyncTaskExecutionListener.onApplicationEvent(AsyncTaskExecutionListener.java:20) ~[classes/:na]
    at org.springframework.context.event.SimpleApplicationEventMulticaster.doInvokeListener(SimpleApplicationEventMulticaster.java:176) ~[spring-context-5.3.8.jar:5.3.8]
    at org.springframework.context.event.SimpleApplicationEventMulticaster.invokeListener(SimpleApplicationEventMulticaster.java:169) ~[spring-context-5.3.8.jar:5.3.8]
    at org.springframework.context.event.SimpleApplicationEventMulticaster.multicastEvent(SimpleApplicationEventMulticaster.java:143) ~[spring-context-5.3.8.jar:5.3.8]
    at org.springframework.context.support.AbstractApplicationContext.publishEvent(AbstractApplicationContext.java:421) ~[spring-context-5.3.8.jar:5.3.8]
    at org.springframework.context.support.AbstractApplicationContext.publishEvent(AbstractApplicationContext.java:378) ~[spring-context-5.3.8.jar:5.3.8]
    at org.springframework.context.support.AbstractApplicationContext.finishRefresh(AbstractApplicationContext.java:938) ~[spring-context-5.3.8.jar:5.3.8]
    at org.springframework.context.support.AbstractApplicationContext.refresh(AbstractApplicationContext.java:586) ~[spring-context-5.3.8.jar:5.3.8]
    at org.springframework.boot.web.servlet.context.ServletWebServerApplicationContext.refresh(ServletWebServerApplicationContext.java:144) ~[spring-boot-2.4.8.jar:2.4.8]
    at org.springframework.boot.SpringApplication.refresh(SpringApplication.java:771) [spring-boot-2.4.8.jar:2.4.8]
    at org.springframework.boot.SpringApplication.refresh(SpringApplication.java:763) [spring-boot-2.4.8.jar:2.4.8]
    at org.springframework.boot.SpringApplication.refreshContext(SpringApplication.java:438) [spring-boot-2.4.8.jar:2.4.8]
    at org.springframework.boot.SpringApplication.run(SpringApplication.java:339) [spring-boot-2.4.8.jar:2.4.8]
    at org.springframework.boot.SpringApplication.run(SpringApplication.java:1329) [spring-boot-2.4.8.jar:2.4.8]
    at org.springframework.boot.SpringApplication.run(SpringApplication.java:1318) [spring-boot-2.4.8.jar:2.4.8]
    at org.enhance.async.init.DemoAsyncInitApplication.main(DemoAsyncInitApplication.java:15) [classes/:na]
Caused by: java.util.concurrent.ExecutionException: java.lang.RuntimeException: java.lang.reflect.InvocationTargetException
    at java.util.concurrent.FutureTask.report(FutureTask.java:122) ~[na:1.8.0_281]
    at java.util.concurrent.FutureTask.get(FutureTask.java:192) ~[na:1.8.0_281]
    at org.basis.enhance.async.init.executor.AsyncTaskExecutor.ensureAsyncTasksFinish(AsyncTaskExecutor.java:92) ~[classes/:na]
    ... 17 common frames omitted
Caused by: java.lang.RuntimeException: java.lang.reflect.InvocationTargetException
    at org.basis.enhance.async.init.processor.AsyncProxyBeanPostProcessor$AsyncInitializeBeanMethodInvoker.lambda$invoke$0(AsyncProxyBeanPostProcessor.java:119) ~[classes/:na]
    at java.util.concurrent.Executors$RunnableAdapter.call(Executors.java:511) ~[na:1.8.0_281]
    at java.util.concurrent.FutureTask.run(FutureTask.java:266) ~[na:1.8.0_281]
    at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:1149) ~[na:1.8.0_281]
    at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:624) ~[na:1.8.0_281]
    at java.lang.Thread.run(Thread.java:748) ~[na:1.8.0_281]
Caused by: java.lang.reflect.InvocationTargetException: null
    at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke0(Native Method) ~[na:1.8.0_281]
    at sun.reflect.NativeMethodAccessorImpl.invoke(NativeMethodAccessorImpl.java:62) ~[na:1.8.0_281]
    at sun.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:43) ~[na:1.8.0_281]
    at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:498) ~[na:1.8.0_281]
    at org.basis.enhance.async.init.processor.AsyncProxyBeanPostProcessor$AsyncInitializeBeanMethodInvoker.lambda$invoke$0(AsyncProxyBeanPostProcessor.java:115) ~[classes/:na]
    ... 5 common frames omitted
Caused by: java.lang.ArithmeticException: / by zero
    at org.enhance.async.init.service.HelloService.init(HelloService.java:25) ~[classes/:na]
    ... 10 common frames omitted

三、原理/源碼淺析

• 使用實(shí)現(xiàn)了BeanFactoryPostProcessor接口的 AsyncInitBeanFactoryPostProcessor 類，在bean定義信息創(chuàng)建完成后會(huì)調(diào)postProcessBeanFactory方法的特性，在該方法中掃描容器中每個(gè)bean定義信息
• 在解析bean定義信息時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)某個(gè)bean標(biāo)注了@BasisAsyncInit注解，則查找該bean的init方法，并以beanId為key，初始化方法名稱為value，將初始化方法保存到map中（ASYNC_BEAN_INFO_CACHE），后續(xù)統(tǒng)一處理
  • 源碼 @see org.basis.enhance.async.init.processor.AsyncInitBeanFactoryPostProcessor#postProcessBeanFactory
• 再借助實(shí)現(xiàn)了BeanPostProcessor接口的AsyncProxyBeanPostProcessor類，攔截spring中每個(gè)bean的創(chuàng)建過(guò)程（bean初始化方法執(zhí)行前，see: postProcessBeforeInitialization），通過(guò)beanName名稱去ASYNC_BEAN_INFO_CACHE緩存中查找該bean是否有需要異步初始化的方法。
  • 如果沒有找到，則說(shuō)明該bean沒有需要異步初始化的方法，直接返回這個(gè)bean即可
  • 如果找到了，則在這里攔截該bean的創(chuàng)建（spring中常用的代理對(duì)象創(chuàng)建攔截點(diǎn)），為該bean創(chuàng)建一個(gè)代理對(duì)象（代理對(duì)象的核心邏輯AsyncInitializeBeanMethodInvoker），攔截該bean的每一個(gè)方法并返回。
  • 源碼 @see org.basis.enhance.async.init.processor.AsyncProxyBeanPostProcessor#postProcessBeforeInitialization
• 當(dāng)容器啟動(dòng)過(guò)程中執(zhí)行bean的init方法時(shí)，此時(shí)如果是需要異步執(zhí)行的初始化方法，則會(huì)進(jìn)入到我們上一步創(chuàng)建的代理對(duì)象的invoke方法內(nèi)。
  • 在該方法中將異步初始化方法提交到線程池中執(zhí)行，提交完成后會(huì)返回一個(gè) Future
  • 并且利用 Future 特性，將submit后返回的Future放到一個(gè)list （FUTURES）中統(tǒng)一管理
  • @see org.basis.enhance.async.init.processor.AsyncProxyBeanPostProcessor.AsyncInitializeBeanMethodInvoker#invoke
  • 那么容器啟動(dòng)過(guò)程中如何感知異步初始化方法執(zhí)行的結(jié)果呢？比如：是否都執(zhí)行完畢了？是否有異常？往下看
• 利用實(shí)現(xiàn)了ApplicationListener 接口的AsyncTaskExecutionListener類，監(jiān)聽容器啟動(dòng)過(guò)程中發(fā)布的的刷新事件ContextRefreshedEvent，在監(jiān)聽到容器啟動(dòng)過(guò)程中發(fā)布的 ContextRefreshedEvent 事件后，檢查提交的每一個(gè)異步任務(wù)的執(zhí)行情況（利用上一步submit后返回的Future）
  • 如果有任意一個(gè)異步初始化方法執(zhí)行異常，則拋出異常，終止容器繼續(xù)啟動(dòng)
  • 如果所有的異步初始化方法都執(zhí)行完畢，則容器繼續(xù)啟動(dòng)
  • @see org.basis.enhance.async.init.listener.AsyncTaskExecutionListener#onApplicationEvent

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