Spring Boot 的性能優化

spring 框架給企業軟件開發者提供了常見問題的通用解決方案，包括那些在未來開發中沒有意識到的問題。但是，它構建的 J2EE 項目變得越來越臃腫，逐漸被 Spring Boot 所替代。Spring Boot 讓我們創建和運行項目變得更爲迅速，現在已經有越來越多的人使用它。我們已經在幾個項目中使用了 Spring Boot ，今天我們就來一起討論一下如何改進 Spring Boot 應用的性能。

首先，從之前我在開發中遇到的一個問題說起。在一次查看項目運行日誌的時候，我偶然發現了一個問題，日誌裏顯示這個項目總是加載 Velocity 模板引擎，但實際上這個項目是一個沒有 web 頁面的 REST Service 項目。於是我花了一點時間去尋找產生這個問題的原因，以及如何改進 Spring Boot 應用的性能。在查找了相關的資料後，我得出的結論如下：

組件自動掃描帶來的問題

默認情況下，我們會使用 @SpringBootApplication 註解來自動獲取應用的配置信息，但這樣也會給應用帶來一些副作用。使用這個註解後，會觸發自動配置（ auto-configuration ）和 組件掃描 （ component scanning ），這跟使用 @Configuration、@EnableAutoConfiguration 和 @ComponentScan 三個註解的作用是一樣的。這樣做給開發帶來方便的同時，也會有三方面的影響：

1、會導致項目啓動時間變長。當啓動一個大的應用程序,或將做大量的集成測試啓動應用程序時，影響會特別明顯。

2、會加載一些不需要的多餘的實例（beans）。

3、會增加 CPU 消耗。

針對以上三個情況，我們可以移除 @SpringBootApplication 和 @ComponentScan 兩個註解來禁用組件自動掃描，然後在我們需要的 bean 上進行顯式配置：

// 移除 @SpringBootApplication and @ComponentScan, 用 @EnableAutoConfiguration 來替代
@Configuration
@EnableAutoConfiguration
public class SampleWebUiApplication {

    // ...

    // 用 @Bean 註解顯式配置，以便被 Spring 掃描到
    @Bean
    public MessageController messageController(MessageRepository messageRepository) {
        return new MessageController(messageRepository);
    }

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如何避免組件自動掃描帶來的問題

我們在上面提到，@SpringBootApplication 註解的作用跟 @EnableAutoConfiguration 註解的作用是相當的，那就意味着它也能帶來上述的三個問題。要避免這些問題，我們就要知道我們需要的組件列表是哪些，可以用 -Ddebug 的方式來幫助我們明確地定位：

mvn spring-boot:run -Ddebug
…
=========================
AUTO-CONFIGURATION REPORT
=========================


Positive matches:
-----------------

   DispatcherServletAutoConfiguration
      - @ConditionalOnClass classes found: org.springframework.web.servlet.DispatcherServlet (OnClassCondition)
      - found web application StandardServletEnvironment (OnWebApplicationCondition)

...

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接着拷貝 Positive matches 中列出的信息：

DispatcherServletAutoConfiguration
EmbeddedServletContainerAutoConfiguration
ErrorMvcAutoConfiguration
HttpEncodingAutoConfiguration
HttpMessageConvertersAutoConfiguration
JacksonAutoConfiguration
JmxAutoConfiguration
MultipartAutoConfiguration
ServerPropertiesAutoConfiguration
PropertyPlaceholderAutoConfiguration
ThymeleafAutoConfiguration
WebMvcAutoConfiguration
WebSocketAutoConfiguration

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然後來更新項目配置，顯式地引入這些組件，引入之後，再運行一下應用確保沒有錯誤發生：

@Configuration
@Import({
        DispatcherServletAutoConfiguration.class,
        EmbeddedServletContainerAutoConfiguration.class,
        ErrorMvcAutoConfiguration.class,
        HttpEncodingAutoConfiguration.class,
        HttpMessageConvertersAutoConfiguration.class,
        JacksonAutoConfiguration.class,
        JmxAutoConfiguration.class,
        MultipartAutoConfiguration.class,
        ServerPropertiesAutoConfiguration.class,
        PropertyPlaceholderAutoConfiguration.class,
        ThymeleafAutoConfiguration.class,
        WebMvcAutoConfiguration.class,
        WebSocketAutoConfiguration.class,
})
public class SampleWebUiApplication {

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在上面的代碼中，我們可以刪掉我們不需要的組件信息，來提高應用的性能，比如在我的項目中，不需要 JMX 和 WebSocket 功能，我就刪掉了它們。刪掉之後，再次運行項目，確保一切正常。

將Servlet容器變成Undertow

默認情況下，Spring Boot 使用 Tomcat 來作爲內嵌的 Servlet 容器。我們可以啓動項目，然後用 VisualVM 或者 JConsole 來查看應用所佔的內存情況：

以上是我使用 Spring Boot 的默認方式啓動應用後，用 VisualVM 監控到的內存的佔用情況：堆內存佔用 110M，16 個線程被開啓。

可以將 Web 服務器切換到 Undertow 來提高應用性能。Undertow 是一個採用 Java 開發的靈活的高性能 Web 服務器，提供包括阻塞和基於 NIO 的非堵塞機制。Undertow 是紅帽公司的開源產品，是 Wildfly 默認的 Web 服務器。首先，從依賴信息裏移除 Tomcat 配置：

<exclusions>
        <exclusion>
                <groupId>org.springframework.boot</groupId>
                <artifactId>spring-boot-starter-tomcat</artifactId>
        </exclusion>
</exclusions>

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然後添加 Undertow：

<dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-undertow</artifactId>
</dependency>

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啓動項目後，用 VisualVM 監控到的信息顯示：堆內存佔用 90M，13個線程被開啓。

總結

這些都是我們在項目開發中使用到的一些優化 Spring 
Boot 應用的小技巧，對於大的應用性能的提高還是很明顯的。大家可以嘗試一下，然後告訴我們你的測試結果。

最後，附上代碼，大家可以去這裏下載：spring-boot-performance。

文中大部分內容參考英國一個架構師的 博客 和 DZone 近期發佈的文章，在此感謝兩位大牛。參考文章及鏈接：

（1）Spring Boot 性能優化：Spring Boot Performance；

（2）Spring Boot 內存優化：Spring Boot Memory Performance；

（3）https://www.techempower.com/benchmarks/；

（4）Spring 應用程序優化：Optimizing Spring Framework for App Engine Applications。

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