发布于 由admin

Spring Boot中使用BeanUtils导致性能下降的替代方案推荐

Spring Boot中使用BeanUtils导致性能下降的替代方案推荐

大家好，今天我们来聊聊Spring Boot开发中一个常见的性能问题：BeanUtils的使用以及如何避免它带来的性能瓶颈。很多开发者在使用Spring Boot时，为了方便地进行对象属性拷贝，会选择使用org.springframework.beans.BeanUtils或org.apache.commons.beanutils.BeanUtils。虽然它们使用起来非常简单，但在高并发或大数据量的场景下，性能问题会逐渐显现。

BeanUtils性能问题分析

BeanUtils的性能瓶颈主要来源于以下几个方面：

  1. 反射机制的大量使用: BeanUtils底层大量使用了Java的反射机制。反射虽然提供了动态性和灵活性，但也带来了性能损耗。每次属性拷贝都需要通过反射获取字段信息，进行类型转换等操作，这些操作相比直接的getter/setter调用要慢得多。

  2. 类型转换的开销: BeanUtils在拷贝属性时，经常需要进行类型转换。即使源对象和目标对象的属性类型相同，BeanUtils也可能尝试进行转换，这增加了额外的开销。特别是当涉及到复杂类型转换时，性能损耗更加明显。

  3. 异常处理的开销: BeanUtils在处理属性拷贝过程中，会捕获并处理各种异常。虽然异常处理是必要的，但频繁的异常捕获和处理也会带来性能损耗。

  4. 动态性带来的额外开销: BeanUtils的动态性意味着它需要在运行时确定属性的类型和访问方式。这相比静态编译的代码，增加了额外的开销。

举个简单的例子，假设我们需要将一个User对象拷贝到UserDTO对象：

public class User {
    private Long id;
    private String username;
    private String password;
    private String email;
    private Integer age;

    // 省略getter/setter
}

public class UserDTO {
    private Long id;
    private String username;
    private String email;
    private Integer age;

    // 省略getter/setter
}

public void copyUserToUserDTO(User user, UserDTO userDTO) {
    BeanUtils.copyProperties(user, userDTO); // 使用Spring的BeanUtils
}

这段代码看起来很简单，但当copyUserToUserDTO方法在高并发场景下被频繁调用时，BeanUtils.copyProperties的性能问题就会暴露出来。

为了更直观地了解BeanUtils的性能，我们可以进行一个简单的性能测试。以下代码使用JMH（Java Microbenchmark Harness）来测试BeanUtils的性能：

import org.openjdk.jmh.annotations.*;
import org.openjdk.jmh.infra.Blackhole;
import org.openjdk.jmh.runner.Runner;
import org.openjdk.jmh.runner.RunnerException;
import org.openjdk.jmh.runner.options.Options;
import org.openjdk.jmh.runner.options.OptionsBuilder;
import org.springframework.beans.BeanUtils;

import java.util.concurrent.TimeUnit;

@State(Scope.Thread)
public class BeanUtilsBenchmark {

    private User user;
    private UserDTO userDTO;

    @Setup(Level.Trial)
    public void setup() {
        user = new User();
        user.setId(1L);
        user.setUsername("testUser");
        user.setPassword("password");
        user.setEmail("[email protected]");
        user.setAge(30);

        userDTO = new UserDTO();
    }

    @Benchmark
    @BenchmarkMode(Mode.AverageTime)
    @OutputTimeUnit(TimeUnit.NANOSECONDS)
    public void testBeanUtilsCopy(Blackhole blackhole) {
        BeanUtils.copyProperties(user, userDTO);
        blackhole.consume(userDTO);
    }

    public static void main(String[] args) throws RunnerException {
        Options opt = new OptionsBuilder()
                .include(BeanUtilsBenchmark.class.getSimpleName())
                .forks(1)
                .warmupIterations(5)
                .measurementIterations(5)
                .build();

        new Runner(opt).run();
    }
}

这段代码使用JMH创建了一个基准测试，模拟了使用BeanUtils.copyProperties进行属性拷贝的场景。运行这个基准测试，我们可以得到BeanUtils的平均执行时间。

替代方案

既然BeanUtils存在性能问题，那么我们有哪些替代方案呢？以下是一些常用的替代方案：

  1. 手动Getter/Setter: 这是最简单，也是性能最高的方案。直接使用getter和setter方法进行属性拷贝。虽然代码量会增加，但性能提升非常明显。

    public void copyUserToUserDTO(User user, UserDTO userDTO) {
    userDTO.setId(user.getId());
    userDTO.setUsername(user.getUsername());
    userDTO.setEmail(user.getEmail());
    userDTO.setAge(user.getAge());
}

    这种方式避免了反射和类型转换的开销，性能最高。但当属性数量很多时，代码会变得冗长且难以维护。

  2. MapStruct: MapStruct是一个Java Bean映射器，它可以生成类型安全、高性能的映射代码。MapStruct在编译时生成映射代码，避免了运行时的反射开销。

    首先，我们需要添加MapStruct的依赖：

    <dependency>
    <groupId>org.mapstruct</groupId>
    <artifactId>mapstruct</artifactId>
    <version>1.5.5.Final</version>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.mapstruct</groupId>
    <artifactId>mapstruct-processor</artifactId>
    <version>1.5.5.Final</version>
    <scope>provided</scope>
</dependency>

    然后，定义一个Mapper接口：

    import org.mapstruct.Mapper;
import org.mapstruct.factory.Mappers;

@Mapper
public interface UserMapper {

    UserMapper INSTANCE = Mappers.getMapper(UserMapper.class);

    UserDTO userToUserDTO(User user);
}

    最后，使用Mapper进行属性拷贝：

    public void copyUserToUserDTO(User user, UserDTO userDTO) {
    userDTO = UserMapper.INSTANCE.userToUserDTO(user);
}

    MapStruct在编译时会生成一个UserMapperImpl类，该类包含了属性拷贝的实现代码。MapStruct生成的代码通常比手动Getter/Setter的代码更简洁，且性能接近。

  3. ModelMapper: ModelMapper是一个智能的对象映射库，它可以自动映射具有相似属性名称的对象。ModelMapper使用约定优于配置的原则，可以减少手动配置的工作量。

    首先，我们需要添加ModelMapper的依赖：

    <dependency>
    <groupId>org.modelmapper</groupId>
    <artifactId>modelmapper</artifactId>
    <version>3.1.1</version>
</dependency>

    然后，使用ModelMapper进行属性拷贝：

    import org.modelmapper.ModelMapper;

public class BeanCopyUtil {
    private static final ModelMapper modelMapper = new ModelMapper();

    public static <S, D> D map(S source, Class<D> destinationType) {
        return modelMapper.map(source, destinationType);
    }
}

public void copyUserToUserDTO(User user, UserDTO userDTO) {
    userDTO = BeanCopyUtil.map(user, UserDTO.class);
}

    ModelMapper的性能比BeanUtils要好，但不如手动Getter/Setter和MapStruct。ModelMapper的优点是使用简单，可以自动处理一些复杂的映射场景。

  4. Cglib BeanCopier: Cglib是一个高性能的代码生成库，BeanCopier是Cglib提供的一个用于对象属性拷贝的工具类。BeanCopier使用字节码生成技术，避免了反射的开销。

    首先，我们需要添加Cglib的依赖：

    <dependency>
    <groupId>cglib</groupId>
    <artifactId>cglib</artifactId>
    <version>3.3.0</version>
</dependency>

    然后，使用BeanCopier进行属性拷贝：

    import net.sf.cglib.beans.BeanCopier;

public class BeanCopyUtil {
    private static final ConcurrentHashMap<String, BeanCopier> beanCopierMap = new ConcurrentHashMap<>();

    public static void copyProperties(Object source, Object target) {
        String beanKey = generateKey(source.getClass(), target.getClass());
        BeanCopier copier = beanCopierMap.get(beanKey);
        if (copier == null) {
            copier = BeanCopier.create(source.getClass(), target.getClass(), false);
            beanCopierMap.put(beanKey, copier);
        }
        copier.copy(source, target, null);
    }

    private static String generateKey(Class<?> class1, Class<?> class2) {
        return class1.toString() + class2.toString();
    }
}

public void copyUserToUserDTO(User user, UserDTO userDTO) {
    BeanCopyUtil.copyProperties(user, userDTO);
}

    BeanCopier的性能比BeanUtils要好，但不如手动Getter/Setter和MapStruct。BeanCopier的优点是可以缓存BeanCopier对象，避免重复创建的开销。

  5. Fastjson/Gson: 如果对象是POJO（Plain Old Java Object），且属性类型都是基本类型或字符串类型，可以使用Fastjson或Gson等JSON库进行序列化和反序列化，从而实现属性拷贝。

    首先，我们需要添加Fastjson或Gson的依赖：

    <!-- Fastjson -->
<dependency>
    <groupId>com.alibaba</groupId>
    <artifactId>fastjson</artifactId>
    <version>2.0.46</version>
</dependency>

<!-- Gson -->
<dependency>
    <groupId>com.google.code.gson</groupId>
    <artifactId>gson</artifactId>
    <version>2.10.1</version>
</dependency>

    然后，使用Fastjson或Gson进行属性拷贝：

    import com.alibaba.fastjson.JSON;

public class BeanCopyUtil {
    public static <T> T copyProperties(Object source, Class<T> targetClass) {
        String jsonString = JSON.toJSONString(source);
        return JSON.parseObject(jsonString, targetClass);
    }
}

public void copyUserToUserDTO(User user, UserDTO userDTO) {
    userDTO = BeanCopyUtil.copyProperties(user, UserDTO.class);
}

    或者使用Gson：

    import com.google.gson.Gson;

public class BeanCopyUtil {
    private static final Gson gson = new Gson();

    public static <T> T copyProperties(Object source, Class<T> targetClass) {
        String jsonString = gson.toJson(source);
        return gson.fromJson(jsonString, targetClass);
    }
}

public void copyUserToUserDTO(User user, UserDTO userDTO) {
    userDTO = BeanCopyUtil.copyProperties(user, UserDTO.class);
}

    这种方式的性能取决于JSON库的性能，通常比BeanUtils要好，但不如手动Getter/Setter、MapStruct和BeanCopier。这种方式的优点是可以处理一些复杂的对象结构，但需要注意JSON序列化和反序列化的开销。

性能对比

为了更直观地了解各种替代方案的性能，我们可以进行一个简单的性能测试。以下表格总结了各种方案的性能对比（仅供参考，实际性能可能因环境而异）：

方案 性能 优点 缺点
手动Getter/Setter 最高 避免了反射和类型转换的开销，性能最高。 代码冗长，难以维护。
MapStruct 高 编译时生成映射代码，避免了运行时的反射开销。类型安全，可以检测类型错误。 需要额外的编译时处理。
ModelMapper 中等 使用简单，可以自动映射具有相似属性名称的对象。 性能不如手动Getter/Setter和MapStruct。
Cglib BeanCopier 中等 使用字节码生成技术，避免了反射的开销。可以缓存BeanCopier对象，避免重复创建的开销。 需要额外的依赖。
Fastjson/Gson 中等偏下 可以处理一些复杂的对象结构。 性能取决于JSON库的性能，不如手动Getter/Setter、MapStruct和BeanCopier。需要注意JSON序列化和反序列化的开销。
Spring BeanUtils 低 使用简单，不需要额外的依赖。 大量使用反射，性能较差。

如何选择

选择哪种替代方案取决于具体的场景和需求。

  • 性能要求非常高: 优先选择手动Getter/Setter或MapStruct。

  • 代码简洁性要求高: 可以考虑MapStruct或ModelMapper。

  • 需要处理复杂的对象结构: 可以考虑ModelMapper或Fastjson/Gson。

  • 已经使用了Cglib: 可以考虑BeanCopier。

  • 对性能要求不高，且代码量较少: 可以继续使用BeanUtils，但需要注意性能问题。

总结

BeanUtils的性能问题主要来源于反射机制的大量使用和类型转换的开销。我们可以通过手动Getter/Setter、MapStruct、ModelMapper、Cglib BeanCopier和Fastjson/Gson等替代方案来避免BeanUtils带来的性能瓶颈。根据具体的场景和需求，选择合适的替代方案可以显著提升应用程序的性能。

未来优化方向

除了上述替代方案，我们还可以从以下几个方面进行优化：

  1. 减少对象拷贝的次数: 尽量避免不必要的对象拷贝操作。可以通过共享对象、使用不可变对象等方式来减少对象拷贝的次数。

  2. 优化数据结构: 选择合适的数据结构可以减少属性拷贝的开销。例如，可以使用HashMap代替TreeMap，使用ArrayList代替LinkedList等。

  3. 使用缓存: 对于频繁访问的数据，可以使用缓存来减少数据库查询和对象拷贝的次数。

  4. 异步处理: 对于耗时的对象拷贝操作，可以将其放入异步队列中进行处理，避免阻塞主线程。

希望今天的分享对大家有所帮助。谢谢！

发表回复

您的邮箱地址不会被公开。 必填项已用 * 标注