SpringBoot 如何實(shí)現(xiàn)異步編程

更新時(shí)間：2021年12月12日 09:26:50 作者：飄渺Jam

在SpringBoot的日常開發(fā)中，一般都是同步調(diào)用的，但實(shí)際中有很多場(chǎng)景非常適合使用異步來處理，本文就詳細(xì)的介紹一下SpringBoot 如何實(shí)現(xiàn)異步編程，具有一定的參考價(jià)值，感興趣的可以了解一下

為什么要用異步框架，它解決什么問題？

在SpringBoot的日常開發(fā)中，一般都是同步調(diào)用的。但實(shí)際中有很多場(chǎng)景非常適合使用異步來處理，如：注冊(cè)新用戶，送100個(gè)積分；或下單成功，發(fā)送push消息等等。
就拿注冊(cè)新用戶這個(gè)用例來說，為什么要異步處理？

第一個(gè)原因：容錯(cuò)性、健壯性，如果送積分出現(xiàn)異常，不能因?yàn)樗头e分而導(dǎo)致用戶注冊(cè)失??；
因?yàn)橛脩糇?cè)是主要功能，送積分是次要功能，即使送積分異常也要提示用戶注冊(cè)成功，然后后面在針對(duì)積分異常做補(bǔ)償處理。
第二個(gè)原因：提升性能，例如注冊(cè)用戶花了20毫秒，送積分花費(fèi)50毫秒，如果用同步的話，總耗時(shí)70毫秒，用異步的話，無需等待積分，故耗時(shí)20毫秒。

故，異步能解決2個(gè)問題，性能和容錯(cuò)性。

SpringBoot如何實(shí)現(xiàn)異步調(diào)用？

對(duì)于異步方法調(diào)用，從Spring3開始提供了@Async注解，我們只需要在方法上標(biāo)注此注解，此方法即可實(shí)現(xiàn)異步調(diào)用。
當(dāng)然，我們還需要一個(gè)配置類，通過Enable模塊驅(qū)動(dòng)注解@EnableAsync 來開啟異步功能。

實(shí)現(xiàn)異步調(diào)用

第一步：新建配置類，開啟@Async功能支持
使用@EnableAsync來開啟異步任務(wù)支持，@EnableAsync注解可以直接放在SpringBoot啟動(dòng)類上，也可以單獨(dú)放在其他配置類上。我們這里選擇使用單獨(dú)的配置類SyncConfiguration。

@Configuration
@EnableAsync
public class AsyncConfiguration {

}

第二步：在方法上標(biāo)記異步調(diào)用

增加一個(gè)Component類，用來進(jìn)行業(yè)務(wù)處理，同時(shí)添加@Async注解，代表該方法為異步處理。

@Component
@Slf4j
public class AsyncTask {

    @SneakyThrows
    @Async
    public void doTask1() {
        long t1 = System.currentTimeMillis();
        Thread.sleep(2000);
        long t2 = System.currentTimeMillis();
        log.info("task1 cost {} ms" , t2-t1);
    }

    @SneakyThrows
    @Async
    public void doTask2() {
        long t1 = System.currentTimeMillis();
        Thread.sleep(3000);
        long t2 = System.currentTimeMillis();
        log.info("task2 cost {} ms" , t2-t1);
    }
}

第三步：在Controller中進(jìn)行異步方法調(diào)用

@RestController
@RequestMapping("/async")
@Slf4j
public class AsyncController {
    @Autowired
    private AsyncTask asyncTask;

    @RequestMapping("/task")
    public void task() throws InterruptedException {
        long t1 = System.currentTimeMillis();
        asyncTask.doTask1();
        asyncTask.doTask2();
        Thread.sleep(1000);
        long t2 = System.currentTimeMillis();
        log.info("main cost {} ms", t2-t1);
    }
}

通過訪問http://localhost:8080/async/task查看控制臺(tái)日志：

2021-11-25 15:48:37 [http-nio-8080-exec-8] INFO? com.jianzh5.blog.async.AsyncController:26 - main cost 1009 ms
2021-11-25 15:48:38 [task-1] INFO? com.jianzh5.blog.async.AsyncTask:22 - task1 cost 2005 ms
2021-11-25 15:48:39 [task-2] INFO? com.jianzh5.blog.async.AsyncTask:31 - task2 cost 3005 ms

通過日志可以看到：主線程不需要等待異步方法執(zhí)行完成，減少響應(yīng)時(shí)間，提高接口性能。
通過上面三步我們就可以在SpringBoot中歡樂的使用異步方法來提高我們接口性能了，是不是很簡(jiǎn)單？
不過，如果真實(shí)項(xiàng)目中你真這樣寫了，肯定會(huì)被老鳥們無情嘲諷，就這？

因?yàn)樯厦娴拇a忽略了一個(gè)最大的問題，就是給@Async異步框架自定義線程池。

為什么要給@Async自定義線程池？

使用@Async注解，在默認(rèn)情況下用的是SimpleAsyncTaskExecutor線程池，該線程池不是真正意義上的線程池。

使用此線程池?zé)o法實(shí)現(xiàn)線程重用，每次調(diào)用都會(huì)新建一條線程。若系統(tǒng)中不斷的創(chuàng)建線程，最終會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)占用內(nèi)存過高，引發(fā)OutOfMemoryError錯(cuò)誤，關(guān)鍵代碼如下：

public void execute(Runnable task, long startTimeout) {
  Assert.notNull(task, "Runnable must not be null");
  Runnable taskToUse = this.taskDecorator != null ? this.taskDecorator.decorate(task) : task;
  //判斷是否開啟限流，默認(rèn)為否
  if (this.isThrottleActive() && startTimeout > 0L) {
    //執(zhí)行前置操作，進(jìn)行限流
    this.concurrencyThrottle.beforeAccess();
    this.doExecute(new SimpleAsyncTaskExecutor.ConcurrencyThrottlingRunnable(taskToUse));
  } else {
    //未限流的情況，執(zhí)行線程任務(wù)
    this.doExecute(taskToUse);
  }

}

protected void doExecute(Runnable task) {
  //不斷創(chuàng)建線程
  Thread thread = this.threadFactory != null ? this.threadFactory.newThread(task) : this.createThread(task);
  thread.start();
}

//創(chuàng)建線程
public Thread createThread(Runnable runnable) {
  //指定線程名，task-1，task-2...
  Thread thread = new Thread(this.getThreadGroup(), runnable, this.nextThreadName());
  thread.setPriority(this.getThreadPriority());
  thread.setDaemon(this.isDaemon());
  return thread;
}

我們也可以直接通過上面的控制臺(tái)日志觀察，每次打印的線程名都是[task-1]、[task-2]、[task-3]、[task-4].....遞增的。
正因如此，所以我們?cè)谑褂肧pring中的@Async異步框架時(shí)一定要自定義線程池，替代默認(rèn)的SimpleAsyncTaskExecutor。

Spring提供了多種線程池：

SimpleAsyncTaskExecutor：不是真的線程池，這個(gè)類不重用線程，每次調(diào)用都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的線程。
SyncTaskExecutor：這個(gè)類沒有實(shí)現(xiàn)異步調(diào)用，只是一個(gè)同步操作。只適用于不需要多線程的地
ConcurrentTaskExecutor：Executor的適配類，不推薦使用。如果ThreadPoolTaskExecutor不滿足要求時(shí)，才用考慮使用這個(gè)類
ThreadPoolTaskScheduler：可以使用cron表達(dá)式
ThreadPoolTaskExecutor ：最常使用，推薦。其實(shí)質(zhì)是對(duì)java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor的包裝

為@Async實(shí)現(xiàn)一個(gè)自定義線程池

@Configuration
@EnableAsync
public class SyncConfiguration {
    @Bean(name = "asyncPoolTaskExecutor")
    public ThreadPoolTaskExecutor executor() {
        ThreadPoolTaskExecutor taskExecutor = new ThreadPoolTaskExecutor();
        //核心線程數(shù)
        taskExecutor.setCorePoolSize(10);
        //線程池維護(hù)線程的最大數(shù)量,只有在緩沖隊(duì)列滿了之后才會(huì)申請(qǐng)超過核心線程數(shù)的線程
        taskExecutor.setMaxPoolSize(100);
        //緩存隊(duì)列
        taskExecutor.setQueueCapacity(50);
        //許的空閑時(shí)間,當(dāng)超過了核心線程出之外的線程在空閑時(shí)間到達(dá)之后會(huì)被銷毀
        taskExecutor.setKeepAliveSeconds(200);
        //異步方法內(nèi)部線程名稱
        taskExecutor.setThreadNamePrefix("async-");
        /**
         * 當(dāng)線程池的任務(wù)緩存隊(duì)列已滿并且線程池中的線程數(shù)目達(dá)到maximumPoolSize，如果還有任務(wù)到來就會(huì)采取任務(wù)拒絕策略
         * 通常有以下四種策略：
         * ThreadPoolExecutor.AbortPolicy:丟棄任務(wù)并拋出RejectedExecutionException異常。
         * ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：也是丟棄任務(wù)，但是不拋出異常。
         * ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy：丟棄隊(duì)列最前面的任務(wù)，然后重新嘗試執(zhí)行任務(wù)（重復(fù)此過程）
         * ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：重試添加當(dāng)前的任務(wù)，自動(dòng)重復(fù)調(diào)用 execute() 方法，直到成功
         */
        taskExecutor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
        taskExecutor.initialize();
        return taskExecutor;
    }
}

自定義線程池以后我們就可以大膽的使用@Async提供的異步處理能力了。

多個(gè)線程池處理

在現(xiàn)實(shí)的互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目開發(fā)中，針對(duì)高并發(fā)的請(qǐng)求，一般的做法是高并發(fā)接口單獨(dú)線程池隔離處理。
假設(shè)現(xiàn)在2個(gè)高并發(fā)接口：一個(gè)是修改用戶信息接口，刷新用戶redis緩存；一個(gè)是下訂單接口，發(fā)送app push信息。往往會(huì)根據(jù)接口特征定義兩個(gè)線程池，這時(shí)候我們?cè)谑褂聾Async時(shí)就需要通過指定線程池名稱進(jìn)行區(qū)分。

為@Async指定線程池名字

@SneakyThrows
@Async("asyncPoolTaskExecutor")
public void doTask1() {
  long t1 = System.currentTimeMillis();
  Thread.sleep(2000);
  long t2 = System.currentTimeMillis();
  log.info("task1 cost {} ms" , t2-t1);
}

當(dāng)系統(tǒng)存在多個(gè)線程池時(shí)，我們也可以配置一個(gè)默認(rèn)線程池，對(duì)于非默認(rèn)的異步任務(wù)再通過@Async("otherTaskExecutor")來指定線程池名稱。

配置默認(rèn)線程池

可以修改配置類讓其實(shí)現(xiàn)AsyncConfigurer，并重寫getAsyncExecutor()方法，指定默認(rèn)線程池：

@Configuration
@EnableAsync
@Slf4j
public class AsyncConfiguration implements AsyncConfigurer {

    @Bean(name = "asyncPoolTaskExecutor")
    public ThreadPoolTaskExecutor executor() {
        ThreadPoolTaskExecutor taskExecutor = new ThreadPoolTaskExecutor();
        //核心線程數(shù)
        taskExecutor.setCorePoolSize(2);
        //線程池維護(hù)線程的最大數(shù)量,只有在緩沖隊(duì)列滿了之后才會(huì)申請(qǐng)超過核心線程數(shù)的線程
        taskExecutor.setMaxPoolSize(10);
        //緩存隊(duì)列
        taskExecutor.setQueueCapacity(50);
        //許的空閑時(shí)間,當(dāng)超過了核心線程出之外的線程在空閑時(shí)間到達(dá)之后會(huì)被銷毀
        taskExecutor.setKeepAliveSeconds(200);
        //異步方法內(nèi)部線程名稱
        taskExecutor.setThreadNamePrefix("async-");
        /**
         * 當(dāng)線程池的任務(wù)緩存隊(duì)列已滿并且線程池中的線程數(shù)目達(dá)到maximumPoolSize，如果還有任務(wù)到來就會(huì)采取任務(wù)拒絕策略
         * 通常有以下四種策略：
         * ThreadPoolExecutor.AbortPolicy:丟棄任務(wù)并拋出RejectedExecutionException異常。
         * ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：也是丟棄任務(wù)，但是不拋出異常。
         * ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy：丟棄隊(duì)列最前面的任務(wù)，然后重新嘗試執(zhí)行任務(wù)（重復(fù)此過程）
         * ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：重試添加當(dāng)前的任務(wù)，自動(dòng)重復(fù)調(diào)用 execute() 方法，直到成功
         */
        taskExecutor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
        taskExecutor.initialize();
        return taskExecutor;
    }

    /**
     * 指定默認(rèn)線程池
     */
    @Override
    public Executor getAsyncExecutor() {
        return executor();
    }

    @Override
    public AsyncUncaughtExceptionHandler getAsyncUncaughtExceptionHandler() {
        return (ex, method, params) ->
            log.error("線程池執(zhí)行任務(wù)發(fā)送未知錯(cuò)誤,執(zhí)行方法：{}",method.getName(),ex);
    }
}

如下，doTask1()方法使用默認(rèn)使用線程池asyncPoolTaskExecutor，doTask2()使用線程池otherTaskExecutor，非常靈活。

@Async
public void doTask1() {
  long t1 = System.currentTimeMillis();
  Thread.sleep(2000);
  long t2 = System.currentTimeMillis();
  log.info("task1 cost {} ms" , t2-t1);
}

@SneakyThrows
@Async("otherTaskExecutor")
public void doTask2() {
  long t1 = System.currentTimeMillis();
  Thread.sleep(3000);
  long t2 = System.currentTimeMillis();
  log.info("task2 cost {} ms" , t2-t1);
}