记录一次RPC服务有损上线的分析过程-电子发烧友网

1. 问题背景

某应用在启动完提供JSF服务后，短时间内出现了大量的空指针异常。

分析日志，发现是服务依赖的藏经阁配置数据未加载完成导致。即所谓的有损上线或者是直接发布，当应用启动时，service还没加载完，就开始对外提供服务，导致失败调用。

关键代码如下

数据的初始化加载是通过实现CommandLineRunner接口完成的

@Component
public class LoadSystemArgsListener implements CommandLineRunner {

    @Resource
    private CacheLoader cjgConfigCacheLoader;

    @Override
    public void run(String... args) {
        // 加载藏经阁配置
        cjgConfigCacheLoader.refresh();

    }
}

cjgConfigCacheLoader.refresh()方法内部会将数据加载到内存中

/** 藏经阁配置数据 key:租户 value:配置数据 */
public static Map< String, CjgRuleConfig > cjgRuleConfigMap = new HashMap<  >();

如果此时还未加载完数据，调用cjgRuleConfigMap.get("301").getXX()，则会报空指针异常

总结根因：JSF Provider发布早于服务依赖的初始化数据加载，导致失败调用

2. 问题解决

在解决此问题前，我们需要先回忆并熟悉下Spring Boot的启动过程、JSF服务的发布过程

1）Spring Boot的启动过程（版本2.0.7.RELEASE）

run方法，主要关注refreshContext(context)刷新上下文

public ConfigurableApplicationContext run(String... args) {
    // 创建 StopWatch 实例：用于计算启动时间
    StopWatch stopWatch = new StopWatch();
    stopWatch.start();
    ConfigurableApplicationContext context = null;
    Collection< SpringBootExceptionReporter > exceptionReporters = new ArrayList<  >();
    configureHeadlessProperty();

    // 获取SpringApplicationRunListeners：这些监听器会在启动过程的各个阶段发送对应的事件
    SpringApplicationRunListeners listeners = getRunListeners(args);
    listeners.starting();
    try {
        ApplicationArguments applicationArguments = new DefaultApplicationArguments(
                args);

        // 创建并配置Environment：包括准备好对应的`Environment`，以及将`application.properties`或`application.yml`中的配置项加载到`Environment`中
        ConfigurableEnvironment environment = prepareEnvironment(listeners,
                applicationArguments);
        configureIgnoreBeanInfo(environment);

        // 打印Banner：如果 spring.main.banner-mode 不为 off，则打印 banner
        Banner printedBanner = printBanner(environment);

        // 创建应用上下文：根据用户的配置和classpath下的配置，创建合适的`ApplicationContext`
        context = createApplicationContext();
        exceptionReporters = getSpringFactoriesInstances(
                SpringBootExceptionReporter.class,
                new Class[] { ConfigurableApplicationContext.class }, context);

        // 准备上下文：主要是将`Environment`、`ApplicationArguments`等关键属性设置到`ApplicationContext`中，以及加载`ApplicationListener`、`ApplicationRunner`、`CommandLineRunner`等。
        prepareContext(context, environment, listeners, applicationArguments,
                printedBanner);

        // 刷新上下文：这是Spring IoC容器启动的关键，包括Bean的创建、依赖注入、初始化，发布事件等
        refreshContext(context);
        afterRefresh(context, applicationArguments);
        stopWatch.stop();
        // 打印启动信息：如果 spring.main.log-startup-info 为 true，则打印启动信息
        if (this.logStartupInfo) {
            new StartupInfoLogger(this.mainApplicationClass)
                    .logStarted(getApplicationLog(), stopWatch);
        }
        // 发布 ApplicationStartedEvent：通知所有的 SpringApplicationRunListeners 应用已经启动
        listeners.started(context);
        
        // 调用 Runner：调用所有的ApplicationRunner和CommandLineRunner
        callRunners(context, applicationArguments);
    }
    catch (Throwable ex) {
        handleRunFailure(context, ex, exceptionReporters, listeners);
        throw new IllegalStateException(ex);
    }

    try {
        // 运行中：通知所有的 SpringApplicationRunListeners 应用正在运行
        listeners.running(context);
    }
    catch (Throwable ex) {
        handleRunFailure(context, ex, exceptionReporters, null);
        throw new IllegalStateException(ex);
    }
    return context;
}

refreshContext(context)内部调用refresh()方法，此方法主要关注
finishBeanFactoryInitialization(beanFactory) 实例化Bean 早于 finishRefresh() 发生

public void refresh() throws BeansException, IllegalStateException {
    synchronized (this.startupShutdownMonitor) {
        // 准备刷新的上下文环境：设置启动日期，激活上下文，清除原有的属性源
        prepareRefresh();

        // 告诉子类启动 'refreshBeanFactory()' 方法，创建一个新的bean工厂。
        ConfigurableListableBeanFactory beanFactory = obtainFreshBeanFactory();

        // 为 BeanFactory 设置上下文特定的后处理器：主要用于支持@Autowired和@Value注解
        prepareBeanFactory(beanFactory);

        try {
            // 为 BeanFactory 的处理提供在子类中的后处理器。
            postProcessBeanFactory(beanFactory);

            // 调用所有注册的 BeanFactoryPostProcessor Bean 的处理方法。
            invokeBeanFactoryPostProcessors(beanFactory);

            // 注册 BeanPostProcessor 的处理器，拦截 Bean 创建。
            registerBeanPostProcessors(beanFactory);

            // 为此上下文初始化消息源。
            initMessageSource();

            // 为此上下文初始化事件多播器。
            initApplicationEventMulticaster();

            // 在特定的上下文子类中刷新之前的进一步初始化。
            onRefresh();

            // 检查监听器 Bean 并注册它们：注册所有的ApplicationListenerbeans
            registerListeners();

            // 实例化所有剩余的（非延迟初始化）单例。
            finishBeanFactoryInitialization(beanFactory);

            // 完成刷新：发布ContextRefreshedEvent，启动所有Lifecyclebeans，初始化所有剩余的单例（lazy-init 单例和非延迟初始化的工厂 beans）。
            finishRefresh();
        }
        ...
    }

实例化Bean中，需熟悉Bean的生命周期（重要）

2）JSF Provider的发布过程（版本1.7.5-HOTFIX-T6）

类
com.jd.jsf.gd.config.spring.ProviderBean调用方法com.jd.jsf.gd.config.ProviderConfig#export进行发布

JSF源码地址：
http://xingyun.jd.com/codingRoot/jsf/jsf-sdk

public class ProviderBean< T > extends ProviderConfig< T > implements InitializingBean, DisposableBean, ApplicationContextAware, ApplicationListener, BeanNameAware {
    
    // 此处代码省略...

    public void onApplicationEvent(ApplicationEvent event) {
        if (event instanceof ContextRefreshedEvent && this.isDelay() && !this.exported && !CommonUtils.isUnitTestMode()) {
            LOGGER.info("JSF export provider with beanName {} after spring context refreshed.", this.beanName);
            if (this.delay < -1) {
                Thread thread = new Thread(new Runnable() {
                    public void run() {
                        try {
                            Thread.sleep((long)(-ProviderBean.this.delay));
                        } catch (Throwable var2) {
                        }

                        ProviderBean.this.export();
                    }
                });
                thread.setDaemon(true);
                thread.setName("DelayExportThread");
                thread.start();
            } else {
                this.export();
            }
        }

    }

    private boolean isDelay() {
        return this.supportedApplicationListener && this.delay < 0;
    }

    public void afterPropertiesSet() throws Exception {
        // 此处代码省略...

        if (!this.isDelay() && !CommonUtils.isUnitTestMode()) {
            LOGGER.info("JSF export provider with beanName {} after properties set.", this.beanName);
            this.export();
        }

    }
}

public synchronized void export() throws InitErrorException {
    if (this.delay > 0) {
        Thread thread = new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                try {
                    Thread.sleep((long)ProviderConfig.this.delay);
                } catch (Throwable var2) {
                }

                ProviderConfig.this.doExport();
            }
        });
        thread.setDaemon(true);
        thread.setName("DelayExportThread");
        thread.start();
    } else {
        this.doExport();
    }

}

可以看出Provider发布有两个地方

Ⅰ、Bean的初始化过程（delay>=0）

实现InitializingBean接口，重写afterPropertiesSet方法。这里会判断是否延迟发布，如果大于等于0，则会此处进行发布。具体在export方法中，当delay>0，则会延迟发布，如配置5000，表示延迟5秒发布；当delay=0，则立即发布。

Ⅱ、监听ContextRefreshedEvent事件触发（delay<0）

实现ApplicationListener接口，重写onApplicationEvent方法。属于事件ContextRefreshedEvent，当delay<-1，则会延迟发布，如配置-5000，表示延迟5秒发布；反之，则立即发布。

3）解决方案

场景1：XML方式自动发布Provider（常用）

由上面的介绍，了解到执行顺序：1.Bean初始化 > 2.ContextRefreshedEvent事件触发 > 3.调用ApplicationRunner或CommandLineRunner；

上面已经知道Provider发布处于1、2过程，需避免使用方式3进行数据的初始化。

前提建议：delay默认配置为-1，可以不配置，或者配置负数。则JSF Provider发布则处于过程2，即监听ContextRefreshedEvent事件触发

方式1：Bean的初始化过程中

解决方法：使用@PostConstruct注解、实现InitializingBean接口、配置init-method方法均可

@Component
public class DataLoader {

    @PostConstruct
    @Scheduled(cron = "${cron.config}")
    public void loadData() {
        // 数据加载
        System.out.println("数据加载工作");
    }

}

注意：该Bean如果依赖了其他Bean，需确保依赖Bean已实例化，否则会报空指针异常。

方式2：ContextRefreshedEvent事件触发

ContextRefreshedEvent事件是如何发布的

调用过程
AbstractApplicationContext#finishRefresh -> AbstractApplicationContext#publishEvent-> SimpleApplicationEventMulticaster#multicastEvent

public void multicastEvent(final ApplicationEvent event, @Nullable ResolvableType eventType) {
   ResolvableType type = (eventType != null ? eventType : resolveDefaultEventType(event));
   for (final ApplicationListener< ? > listener : getApplicationListeners(event, type)) {
      Executor executor = getTaskExecutor();
      if (executor != null) {
         executor.execute(() -> invokeListener(listener, event));
      }
      else {
         invokeListener(listener, event);
      }
   }
}

在
SimpleApplicationEventMulticaster的multicastEvent方法中调用invokeListener()进行事件发布，getTaskExecutor()默认值是null（除自定义设置Executor对象），所有ApplicationListener实现类串行执行onApplicationEvent方法。

getApplicationListeners(event, type)获取所有的实现类，继续向下看内部会调用
AnnotationAwareOrderComparator.sort(allListeners)对所有ApplicationListener进行排序，allListeners 是待排序的对象列表。该方法将根据对象上的排序注解或接口来确定排序顺序，并返回一个按照指定顺序排序的对象列表。具体来说，排序的规则如下：

1.首先，根据对象上的 @Order 注解的值进行排序。@Order 注解的值越小，排序优先级越高。

2.如果对象上没有 @Order 注解，或者多个对象的 @Order 注解值相同，则根据对象是否实现了 Ordered 接口进行排序。实现了 Ordered 接口的对象，可以通过 getOrder() 方法返回一个排序值。

3.如果对象既没有 @Order 注解，也没有实现 Ordered 接口，则使用默认的排序值 LOWEST_PRECEDENCE（Integer.MAX_VALUE）。特别的：如果BeanA和BeanB排序值都是默认值，则保持原顺序，即Bean的加载顺序

总结：默认情况所有ApplicationListener实现类串行执行onApplicationEvent方法，而顺序取决于
AnnotationAwareOrderComparator.sort(allListeners)，@Order 注解的值越小，排序优先级越高

解决方法：使用@Order注解保证执行顺序早于ProviderBean

@Component
@Order(1)
public class DataLoader implements ApplicationListener< ContextRefreshedEvent > {
    @Override
    public void onApplicationEvent(ContextRefreshedEvent event) {
        // 数据准备
        System.out.println("初始化工作");
        
    }
}

此外带有@SpringBootApplication的启动类中实现也是可以的（在Spring Boot中默认使用基于注解的方式进行配置和管理Bean，所以注解定义的Bean会在XML定义的Bean之前被加载）

@SpringBootApplication
public class DemoApplication implements ApplicationListener< ContextRefreshedEvent > {

    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(DemoApplication.class, args);
    }

    @Override
    public void onApplicationEvent(ContextRefreshedEvent event) {
        System.out.println("初始化工作");
    }
}

场景2：API方式发布Provider（较少使用）

应用启动完成后，先做初始化动作，完成后再手动发布Provider。这种就可以通过实现接口ApplicationRunner或接口CommandLineRunner去执行初始化。

@Component
public class DataLoader implements ApplicationRunner {

    @Override
    public void run(ApplicationArguments args) throws Exception {
        // 数据准备
        System.out.println("初始化工作");

        // 发布provider
        // 参考：https://cf.jd.com/pages/viewpage.action?pageId=296129902
    }
}

场景3：XML方式手动发布（不常用）

provider的dynamic属性设置为false

标签	属性	类型	是否必填	默认值	描述
provider	dynamic	boolean	否	true	是否动态注册Provider，默认为true，配置为false代表不主动发布，需要到管理端进行上线操作