Springboot 性能优化（亲测）——SpringBoot学习

ゞ浴缸里的玫瑰 2022-02-19 03:23 314阅读 0赞

SpringBoot 是一个快速开发框架，能够快速的整合第三方框架，简化XML配置，全部采用注解形式，内置Tomcat容器,帮助开发者能够实现快速开发，SpringBoot的Web组件 默认集成的是SpringMVC框架。  
  尽管 SpringBoot 拥有这么多的优点，但也存在性能问题，这并不和它拥有如此多的优点相冲突，应用程序性能只有更优，没有最优。  
  对于 SpringBoot 性能优化可以从注解 `@SpringBootApplication` 上优化，Servlet 容器上优化， JVM 上优化等等。我们分别从这三方面进行优化。

**测试机器信息：**

> OS ：Windows 10 专业版  
>   
> CPU ：Intel® Core™ i5-3230M @2.6GHz  
>   
> RAM ：8 GB  
>   
> ROM ：120G SSD + 500G HDD  
>   
> JDK ：Java version “1.8.0\_171”  
>   
> Eclipse ：Eclipse Java EE IDE for Web Developers 4.7.3a  
>   
> MySQL ：MySQL Version 5.6.15

### 一、优化注解 `@SpringBootApplication` ###

`@SpringBootApplication` 是Springboot 整合的一个复合注解，作用相当于 `@Configuration` \+ `@EnableAutoConfiguration` \+ `@ComponentScan` ，这个可以查看 `@SpringBootApplication` 源码得知，其中有一句 `This is a convenience annotation that is equivalent to declaring {@code @Configuration},{@code @EnableAutoConfiguration} and {@code @ComponentScan}` 说的就是这个意思。

/*
     * Copyright 2012-2017 the original author or authors.
     *
     * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
     * you may not use this file except in compliance with the License.
     * You may obtain a copy of the License at
     *
     *      http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
     *
     * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
     * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
     * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
     * See the License for the specific language governing permissions and
     * limitations under the License.
     */
    
    package org.springframework.boot.autoconfigure;
    
    import java.lang.annotation.Documented;
    import java.lang.annotation.ElementType;
    import java.lang.annotation.Inherited;
    import java.lang.annotation.Retention;
    import java.lang.annotation.RetentionPolicy;
    import java.lang.annotation.Target;
    
    import org.springframework.boot.SpringBootConfiguration;
    import org.springframework.boot.context.TypeExcludeFilter;
    import org.springframework.context.annotation.Bean;
    import org.springframework.context.annotation.ComponentScan;
    import org.springframework.context.annotation.ComponentScan.Filter;
    import org.springframework.context.annotation.Configuration;
    import org.springframework.context.annotation.FilterType;
    import org.springframework.core.annotation.AliasFor;
    
    /**
     * Indicates a {@link Configuration configuration} class that declares one or more
     * {@link Bean @Bean} methods and also triggers {@link EnableAutoConfiguration
     * auto-configuration} and {@link ComponentScan component scanning}. This is a convenience
     * annotation that is equivalent to declaring {@code @Configuration},
     * {@code @EnableAutoConfiguration} and {@code @ComponentScan}.
     *
     * @author Phillip Webb
     * @author Stephane Nicoll
     * @since 1.2.0
     */
    @Target(ElementType.TYPE)
    @Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
    @Documented
    @Inherited
    @SpringBootConfiguration
    @EnableAutoConfiguration
    @ComponentScan(excludeFilters = {
    		@Filter(type = FilterType.CUSTOM, classes = TypeExcludeFilter.class),
    		@Filter(type = FilterType.CUSTOM, classes = AutoConfigurationExcludeFilter.class) })
    public @interface SpringBootApplication {
    
    	/**
    	 * Exclude specific auto-configuration classes such that they will never be applied.
    	 * @return the classes to exclude
    	 */
    	@AliasFor(annotation = EnableAutoConfiguration.class)
    	Class<?>[] exclude() default {};
    
    	/**
    	 * Exclude specific auto-configuration class names such that they will never be
    	 * applied.
    	 * @return the class names to exclude
    	 * @since 1.3.0
    	 */
    	@AliasFor(annotation = EnableAutoConfiguration.class)
    	String[] excludeName() default {};
    
    	/**
    	 * Base packages to scan for annotated components. Use {@link #scanBasePackageClasses}
    	 * for a type-safe alternative to String-based package names.
    	 * @return base packages to scan
    	 * @since 1.3.0
    	 */
    	@AliasFor(annotation = ComponentScan.class, attribute = "basePackages")
    	String[] scanBasePackages() default {};
    
    	/**
    	 * Type-safe alternative to {@link #scanBasePackages} for specifying the packages to
    	 * scan for annotated components. The package of each class specified will be scanned.
    	 * <p>
    	 * Consider creating a special no-op marker class or interface in each package that
    	 * serves no purpose other than being referenced by this attribute.
    	 * @return base packages to scan
    	 * @since 1.3.0
    	 */
    	@AliasFor(annotation = ComponentScan.class, attribute = "basePackageClasses")
    	Class<?>[] scanBasePackageClasses() default {};
    
    }

由于其中包括有包扫描的注解 `@ComponentScan` ，这会导致项目启动时间变长（启动一个大的应用程序或做大量的集成测试启动应用程序时，影响会特别明显），会加载一些多余的实例（Beans），也会增加 CPU 消耗。

所以可以将 `@SpringBootApplication` 注解改为 `@EnableAutoConfiguration` \+ `@Configuration` \+ 在我们需要的 bean 上进行显式配置注解。

通过实际使用 `@SpringBootApplication` 注解 和 使用 `@EnableAutoConfiguration` \+ `@Configuration` 注解分别各测试启动 5 次 记录实际启动时间，最后取 5 次的平均时间来比较性能的变化，JVM 各参数默认，测试的详细数据见下。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>测试项目</th> 
   <th>使用 <code>@SpringBootApplication</code> 注解</th> 
   <th>使用 <code>@EnableAutoConfiguration</code> + <code>@Configuration</code> 注解</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>第一次测试耗时</td> 
   <td>19.742s/20.867s</td> 
   <td>18.160s/19.291s</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>第二次测试耗时</td> 
   <td>19.407s/20.563s</td> 
   <td>18.388s/19.496s</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>第三次测试耗时</td> 
   <td>21.734s/22.903</td> 
   <td>18.308s/19.721s</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>第四次测试耗时</td> 
   <td>19.908s/21.090s</td> 
   <td>18.576s/19.708s</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>第五次测试耗时</td> 
   <td>19.456s/20.650s</td> 
   <td>18.418s/19.699s</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>平均耗时</td> 
   <td>20.049s/21.215s</td> 
   <td>18.370s/19.583s</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

表格说明：此表基于上述环境测试的真实值，平均耗时取有效小数5位。19.742s/20.867s ：表示 应用启动耗时19.742秒，JVM启动耗时20.867秒。  
  通过上述测试数据发现使用 @EnableAutoConfiguration + @Configuration 注解 可以提高应用程序启动的性能。

### 二、将 Servlet 容器由 Tomcat 变成 Undertow ###

默认情况下 Spring Boot 使用 Tomcat 来作为内嵌的 Servlet 容器，我们可以将 Web 服务器切换到 Undertow 来提高应用性能。Undertow 是一个采用 Java 开发的灵活的高性能 Web 服务器，提供包括阻塞和基于 NIO 的非堵塞机制。接下来我们使用 `Jmeter` 分别测试使用 Tomcat 容器 和 Undertow 容器在同一个查询数据库信息的接口下的各自的并发量。设置 JVM 参数：`-server -XX:+PrintGCDetails -Xms2048m -Xmx2048m`，测试数据如下。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>测试项目</th> 
   <th>Tomcat 容器</th> 
   <th>Undertow 容器</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>第一次吞吐量测试</td> 
   <td>315.3/sec</td> 
   <td>395.0/sec</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>第二次吞吐量测试</td> 
   <td>421.6/sec</td> 
   <td>453.2/sec</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>第三次吞吐量测试</td> 
   <td>327.8/sec</td> 
   <td>448.8/sec</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>第四次吞吐量测试</td> 
   <td>351.4/sec</td> 
   <td>340.0/sec</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>第五次吞吐量测试</td> 
   <td>431.1/sec</td> 
   <td>433.2/sec</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>平均吞吐量</td> 
   <td>369.44/sec</td> 
   <td>414.04/sec</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

表格说明：此表基于上述环境测试的真实值，平均吞吐量取有效小数5位。  
  由上表数据可以看出将 Tomcat 容器换为 Undertow 容器将会提高应用性能。

### 三、JVM 调优 ###

关于 JVM 调优需要了解服务器基本参数配置，JVM 基本组成结构，垃圾回收算法，垃圾回收机制，JVM 调优工具，调优经验等等等，这里不详细列举。  
  这里就以 JVM 参数 `-server -XX:+PrintGCDetails -Xms512m -Xmx512m` 和 `-server -XX:+PrintGCDetails -Xms2048m -Xmx2048m` 为例，还是测试吞吐量，对于参数 `-server -XX:+PrintGCDetails -Xms2048m -Xmx2048m` 的数据从Tomcat 容器下吞吐量的测试得来，就不做重复测试了，然后测试参数 `-server -XX:+PrintGCDetails -Xms512m -Xmx512m` 在 Tomcat 容器下的吞吐量，测试数据见下表。

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>测试项目</th> 
   <th>Tomcat 512M</th> 
   <th>Tomcat 2048M</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>第一次吞吐量测试</td> 
   <td>300.5/sec</td> 
   <td>315.3/sec</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>第二次吞吐量测试</td> 
   <td>293.5/sec</td> 
   <td>421.6/sec</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>第三次吞吐量测试</td> 
   <td>282.6/sec</td> 
   <td>327.8/sec</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>第四次吞吐量测试</td> 
   <td>302.8/sec</td> 
   <td>351.4/sec</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>第五次吞吐量测试</td> 
   <td>309.5/sec</td> 
   <td>431.1/sec</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>平均吞吐量</td> 
   <td>297.78/sec</td> 
   <td>369.44/sec</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

表格说明：此表基于上述环境测试的真实值，平均吞吐量取有效小数5位。  
  数据说明JVM 参数 \`-server -XX:+PrintGCDetails -Xms2048m -Xmx2048m\` 比 \`-server -XX:+PrintGCDetails -Xms512m -Xmx512m\` 要优。进行 JVM 调优是一个谨慎细致的过程，需要慢慢的试，直到当前最优为止。