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SpringBoot 如何实现异步编程

2021-12-12 09:26:51 作者：飘渺Jam

在SpringBoot的日常开发中，一般都是同步调用的，但实际中有很多场景非常适合使用异步来处理，本文就详细的介绍一下SpringBoot 如何实现异步编程，具有一定的参考价值，感兴趣的可以了解一下

首先我们来看看在Spring中为什么要使用异步编程，它能解决什么问题？

为什么要用异步框架，它解决什么问题？

在SpringBoot的日常开发中，一般都是同步调用的。但实际中有很多场景非常适合使用异步来处理，如：注册新用户，送100个积分；或下单成功，发送push消息等等。
就拿注册新用户这个用例来说，为什么要异步处理？

第一个原因：容错性、健壮性，如果送积分出现异常，不能因为送积分而导致用户注册失败；
因为用户注册是主要功能，送积分是次要功能，即使送积分异常也要提示用户注册成功，然后后面在针对积分异常做补偿处理。
第二个原因：提升性能，例如注册用户花了20毫秒，送积分花费50毫秒，如果用同步的话，总耗时70毫秒，用异步的话，无需等待积分，故耗时20毫秒。

故，异步能解决2个问题，性能和容错性。

SpringBoot如何实现异步调用？

对于异步方法调用，从Spring3开始提供了@Async注解，我们只需要在方法上标注此注解，此方法即可实现异步调用。
当然，我们还需要一个配置类，通过Enable模块驱动注解@EnableAsync 来开启异步功能。

实现异步调用

第一步：新建配置类，开启@Async功能支持
使用@EnableAsync来开启异步任务支持，@EnableAsync注解可以直接放在SpringBoot启动类上，也可以单独放在其他配置类上。我们这里选择使用单独的配置类SyncConfiguration。

@Configuration
@EnableAsync
public class AsyncConfiguration {

}

第二步：在方法上标记异步调用

增加一个Component类，用来进行业务处理，同时添加@Async注解，代表该方法为异步处理。

@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中进行异步方法调用

@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);
    }
}

通过访问http://localhost:8080/async/task查看控制台日志：

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

通过日志可以看到：主线程不需要等待异步方法执行完成，减少响应时间，提高接口性能。
通过上面三步我们就可以在SpringBoot中欢乐的使用异步方法来提高我们接口性能了，是不是很简单？
不过，如果真实项目中你真这样写了，肯定会被老鸟们无情嘲讽，就这？

因为上面的代码忽略了一个最大的问题，就是给@Async异步框架自定义线程池。

为什么要给@Async自定义线程池？

使用@Async注解，在默认情况下用的是SimpleAsyncTaskExecutor线程池，该线程池不是真正意义上的线程池。

使用此线程池无法实现线程重用，每次调用都会新建一条线程。若系统中不断的创建线程，最终会导致系统占用内存过高，引发OutOfMemoryError错误，关键代码如下：

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;
  //判断是否开启限流，默认为否
  if (this.isThrottleActive() && startTimeout > 0L) {
    //执行前置操作，进行限流
    this.concurrencyThrottle.beforeAccess();
    this.doExecute(new SimpleAsyncTaskExecutor.ConcurrencyThrottlingRunnable(taskToUse));
  } else {
    //未限流的情况，执行线程任务
    this.doExecute(taskToUse);
  }

}

protected void doExecute(Runnable task) {
  //不断创建线程
  Thread thread = this.threadFactory != null ? this.threadFactory.newThread(task) : this.createThread(task);
  thread.start();
}

//创建线程
public Thread createThread(Runnable runnable) {
  //指定线程名，task-1，task-2...
  Thread thread = new Thread(this.getThreadGroup(), runnable, this.nextThreadName());
  thread.setPriority(this.getThreadPriority());
  thread.setDaemon(this.isDaemon());
  return thread;
}

我们也可以直接通过上面的控制台日志观察，每次打印的线程名都是[task-1]、[task-2]、[task-3]、[task-4].....递增的。
正因如此，所以我们在使用Spring中的@Async异步框架时一定要自定义线程池，替代默认的SimpleAsyncTaskExecutor。

Spring提供了多种线程池：

SimpleAsyncTaskExecutor：不是真的线程池，这个类不重用线程，每次调用都会创建一个新的线程。
SyncTaskExecutor：这个类没有实现异步调用，只是一个同步操作。只适用于不需要多线程的地
ConcurrentTaskExecutor：Executor的适配类，不推荐使用。如果ThreadPoolTaskExecutor不满足要求时，才用考虑使用这个类
ThreadPoolTaskScheduler：可以使用cron表达式
ThreadPoolTaskExecutor ：最常使用，推荐。其实质是对java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor的包装

为@Async实现一个自定义线程池

@Configuration
@EnableAsync
public class SyncConfiguration {
    @Bean(name = "asyncPoolTaskExecutor")
    public ThreadPoolTaskExecutor executor() {
        ThreadPoolTaskExecutor taskExecutor = new ThreadPoolTaskExecutor();
        //核心线程数
        taskExecutor.setCorePoolSize(10);
        //线程池维护线程的最大数量,只有在缓冲队列满了之后才会申请超过核心线程数的线程
        taskExecutor.setMaxPoolSize(100);
        //缓存队列
        taskExecutor.setQueueCapacity(50);
        //许的空闲时间,当超过了核心线程出之外的线程在空闲时间到达之后会被销毁
        taskExecutor.setKeepAliveSeconds(200);
        //异步方法内部线程名称
        taskExecutor.setThreadNamePrefix("async-");
        /**
         * 当线程池的任务缓存队列已满并且线程池中的线程数目达到maximumPoolSize，如果还有任务到来就会采取任务拒绝策略
         * 通常有以下四种策略：
         * ThreadPoolExecutor.AbortPolicy:丢弃任务并抛出RejectedExecutionException异常。
         * ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：也是丢弃任务，但是不抛出异常。
         * ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy：丢弃队列最前面的任务，然后重新尝试执行任务（重复此过程）
         * ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：重试添加当前的任务，自动重复调用 execute() 方法，直到成功
         */
        taskExecutor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
        taskExecutor.initialize();
        return taskExecutor;
    }
}

自定义线程池以后我们就可以大胆的使用@Async提供的异步处理能力了。

多个线程池处理

在现实的互联网项目开发中，针对高并发的请求，一般的做法是高并发接口单独线程池隔离处理。
假设现在2个高并发接口：一个是修改用户信息接口，刷新用户redis缓存；一个是下订单接口，发送app push信息。往往会根据接口特征定义两个线程池，这时候我们在使用@Async时就需要通过指定线程池名称进行区分。

为@Async指定线程池名字

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

当系统存在多个线程池时，我们也可以配置一个默认线程池，对于非默认的异步任务再通过@Async("otherTaskExecutor")来指定线程池名称。

配置默认线程池

可以修改配置类让其实现AsyncConfigurer，并重写getAsyncExecutor()方法，指定默认线程池：

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

    @Bean(name = "asyncPoolTaskExecutor")
    public ThreadPoolTaskExecutor executor() {
        ThreadPoolTaskExecutor taskExecutor = new ThreadPoolTaskExecutor();
        //核心线程数
        taskExecutor.setCorePoolSize(2);
        //线程池维护线程的最大数量,只有在缓冲队列满了之后才会申请超过核心线程数的线程
        taskExecutor.setMaxPoolSize(10);
        //缓存队列
        taskExecutor.setQueueCapacity(50);
        //许的空闲时间,当超过了核心线程出之外的线程在空闲时间到达之后会被销毁
        taskExecutor.setKeepAliveSeconds(200);
        //异步方法内部线程名称
        taskExecutor.setThreadNamePrefix("async-");
        /**
         * 当线程池的任务缓存队列已满并且线程池中的线程数目达到maximumPoolSize，如果还有任务到来就会采取任务拒绝策略
         * 通常有以下四种策略：
         * ThreadPoolExecutor.AbortPolicy:丢弃任务并抛出RejectedExecutionException异常。
         * ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：也是丢弃任务，但是不抛出异常。
         * ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy：丢弃队列最前面的任务，然后重新尝试执行任务（重复此过程）
         * ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：重试添加当前的任务，自动重复调用 execute() 方法，直到成功
         */
        taskExecutor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
        taskExecutor.initialize();
        return taskExecutor;
    }

    /**
     * 指定默认线程池
     */
    @Override
    public Executor getAsyncExecutor() {
        return executor();
    }

    @Override
    public AsyncUncaughtExceptionHandler getAsyncUncaughtExceptionHandler() {
        return (ex, method, params) ->
            log.error("线程池执行任务发送未知错误,执行方法：{}",method.getName(),ex);
    }
}

如下，doTask1()方法使用默认使用线程池asyncPoolTaskExecutor，doTask2()使用线程池otherTaskExecutor，非常灵活。

@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);
}

小结

@Async异步方法在日常开发中经常会用到，大家好好掌握，争取早日成为老鸟！！！

到此这篇关于SpringBoot 如何实现异步编程的文章就介绍到这了,更多相关SpringBoot 异步编程内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！