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Springboot使用异步请求提高系统的吞吐量详解

作者:牛奋lch

这篇文章主要介绍了Springboot使用异步请求提高系统的吞吐量详解,和同步请求相对,异步不需要等待响应,随时可以发送下一次请求,如果是同步请求,需要将信息填写完整,再发送请求,服务器响应填写是否正确,再做修改,需要的朋友可以参考下

前言:

在我们的实际生产中,常常会遇到下面的这种情况,某个请求非常耗时(大约5s返回),当大量的访问该请求的时候,再请求其他服务时,会造成没有连接使用的情况,造成这种现象的主要原因是,我们的容器(tomcat)中线程的数量是一定的,例如500个,当这500个线程都用来请求服务的时候,再有请求进来,就没有多余的连接可用了,只能拒绝连接。

要是我们在请求耗时服务的时候,能够异步请求(请求到controller中时,则容器线程直接返回,然后使用系统内部的线程来执行耗时的服务,等到服务有返回的时候,再将请求返回给客户端),那么系统的吞吐量就会得到很大程度的提升了。

当然,大家可以直接使用Hystrix的资源隔离来实现,今天我们的重点是spring mvc是怎么来实现这种异步请求的。

一、使用Callable来实现

controller如下:

@RestController
public class HelloController {
	private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(HelloController.class);
	@Autowired
	private HelloService hello;
	@GetMapping("/helloworld")
	public String helloWorldController() {
		return hello.sayHello();
	}
	/**
	 * 异步调用restful
	 * 当controller返回值是Callable的时候,springmvc就会启动一个线程将Callable交给TaskExecutor去处理
	 * 然后DispatcherServlet还有所有的spring拦截器都退出主线程,然后把response保持打开的状态
	 * 当Callable执行结束之后,springmvc就会重新启动分配一个request请求,然后DispatcherServlet就重新
	 * 调用和处理Callable异步执行的返回结果, 然后返回视图
	 * 
	 * @return
	 */
	@GetMapping("/hello")
	public Callable<String> helloController() {
		logger.info(Thread.currentThread().getName() + " 进入helloController方法");
		Callable<String> callable = new Callable<String>() {
			@Override
			public String call() throws Exception {
				logger.info(Thread.currentThread().getName() + " 进入call方法");
				String say = hello.sayHello();
				logger.info(Thread.currentThread().getName() + " 从helloService方法返回");
				return say;
			}
		};
		logger.info(Thread.currentThread().getName() + " 从helloController方法返回");
		return callable;
	}
}

我们首先来看下上面这两个请求的区别

下面这个是没有使用异步请求的结果

2017-12-07 18:05:42.351  INFO 3020 --- [nio-8060-exec-5] c.travelsky.controller.HelloController   : http-nio-8060-exec-5 进入helloWorldController方法
2017-12-07 18:05:42.351  INFO 3020 --- [nio-8060-exec-5] com.travelsky.service.HelloService       : http-nio-8060-exec-5 进入sayHello方法!
2017-12-07 18:05:44.351  INFO 3020 --- [nio-8060-exec-5] c.travelsky.controller.HelloController   : http-nio-8060-exec-5 从helloWorldController方法返回

我们可以看到,请求从头到尾都只有一个线程,并且整个请求耗费了2s钟的时间。

下面,我们再来看下使用Callable异步请求的结果:

2017-12-07 18:11:55.671  INFO 6196 --- [nio-8060-exec-1] c.travelsky.controller.HelloController   : http-nio-8060-exec-1 进入helloController方法
2017-12-07 18:11:55.672  INFO 6196 --- [nio-8060-exec-1] c.travelsky.controller.HelloController   : http-nio-8060-exec-1 从helloController方法返回
2017-12-07 18:11:55.676  INFO 6196 --- [nio-8060-exec-1] c.t.i.MyAsyncHandlerInterceptor          : http-nio-8060-exec-1 进入afterConcurrentHandlingStarted方法
2017-12-07 18:11:55.676  INFO 6196 --- [      MvcAsync1] c.travelsky.controller.HelloController   : MvcAsync1 进入call方法
2017-12-07 18:11:55.676  INFO 6196 --- [      MvcAsync1] com.travelsky.service.HelloService       : MvcAsync1 进入sayHello方法!
2017-12-07 18:11:57.677  INFO 6196 --- [      MvcAsync1] c.travelsky.controller.HelloController   : MvcAsync1 从helloService方法返回
2017-12-07 18:11:57.721  INFO 6196 --- [nio-8060-exec-2] c.t.i.MyAsyncHandlerInterceptor          : http-nio-8060-exec-2服务调用完成,返回结果给客户端

从上面的结果中,我们可以看出,容器的线程http-nio-8060-exec-1这个线程进入controller之后,就立即返回了,具体的服务调用是通过MvcAsync2这个线程来做的,当服务执行完要返回后,容器会再启一个新的线程http-nio-8060-exec-2来将结果返回给客户端或浏览器,整个过程response都是打开的,当有返回的时候,再从server端推到response中去。

1、异步调用的另一种方式

上面的示例是通过callable来实现的异步调用,其实还可以通过WebAsyncTask,也能实现异步调用,下面看示例:

@RestController
public class HelloController {
	private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(HelloController.class);
	@Autowired
	private HelloService hello;
		/**
	 * 带超时时间的异步请求 通过WebAsyncTask自定义客户端超时间
	 * 
	 * @return
	 */
	@GetMapping("/world")
	public WebAsyncTask<String> worldController() {
		logger.info(Thread.currentThread().getName() + " 进入helloController方法");
		// 3s钟没返回,则认为超时
		WebAsyncTask<String> webAsyncTask = new WebAsyncTask<>(3000, new Callable<String>() {
			@Override
			public String call() throws Exception {
				logger.info(Thread.currentThread().getName() + " 进入call方法");
				String say = hello.sayHello();
				logger.info(Thread.currentThread().getName() + " 从helloService方法返回");
				return say;
			}
		});
		logger.info(Thread.currentThread().getName() + " 从helloController方法返回");
		webAsyncTask.onCompletion(new Runnable() {
			@Override
			public void run() {
				logger.info(Thread.currentThread().getName() + " 执行完毕");
			}
		});
		webAsyncTask.onTimeout(new Callable<String>() {
			@Override
			public String call() throws Exception {
				logger.info(Thread.currentThread().getName() + " onTimeout");
				// 超时的时候,直接抛异常,让外层统一处理超时异常
				throw new TimeoutException("调用超时");
			}
		});
		return webAsyncTask;
	}
	/**
	 * 异步调用,异常处理,详细的处理流程见MyExceptionHandler类
	 * 
	 * @return
	 */
	@GetMapping("/exception")
	public WebAsyncTask<String> exceptionController() {
		logger.info(Thread.currentThread().getName() + " 进入helloController方法");
		Callable<String> callable = new Callable<String>() {
			@Override
			public String call() throws Exception {
				logger.info(Thread.currentThread().getName() + " 进入call方法");
				throw new TimeoutException("调用超时!");
			}
		};
		logger.info(Thread.currentThread().getName() + " 从helloController方法返回");
		return new WebAsyncTask<>(20000, callable);
	}
}

运行结果如下:

2017-12-07 19:10:26.582  INFO 6196 --- [nio-8060-exec-4] c.travelsky.controller.HelloController   : http-nio-8060-exec-4 进入helloController方法
2017-12-07 19:10:26.585  INFO 6196 --- [nio-8060-exec-4] c.travelsky.controller.HelloController   : http-nio-8060-exec-4 从helloController方法返回
2017-12-07 19:10:26.589  INFO 6196 --- [nio-8060-exec-4] c.t.i.MyAsyncHandlerInterceptor          : http-nio-8060-exec-4 进入afterConcurrentHandlingStarted方法
2017-12-07 19:10:26.591  INFO 6196 --- [      MvcAsync2] c.travelsky.controller.HelloController   : MvcAsync2 进入call方法
2017-12-07 19:10:26.591  INFO 6196 --- [      MvcAsync2] com.travelsky.service.HelloService       : MvcAsync2 进入sayHello方法!
2017-12-07 19:10:28.591  INFO 6196 --- [      MvcAsync2] c.travelsky.controller.HelloController   : MvcAsync2 从helloService方法返回
2017-12-07 19:10:28.600  INFO 6196 --- [nio-8060-exec-5] c.t.i.MyAsyncHandlerInterceptor          : http-nio-8060-exec-5服务调用完成,返回结果给客户端
2017-12-07 19:10:28.601  INFO 6196 --- [nio-8060-exec-5] c.travelsky.controller.HelloController   : http-nio-8060-exec-5 执行完毕

这种方式和上面的callable方式最大的区别就是,WebAsyncTask支持超时,并且还提供了两个回调函数,分别是onCompletion和onTimeout,顾名思义,这两个回调函数分别在执行完成和超时的时候回调。

2、Deferred方式实现异步调用

在我们是生产中,往往会遇到这样的情景,controller中调用的方法很多都是和第三方有关的,例如JMS,定时任务,队列等,拿JMS来说,比如controller里面的服务需要从JMS中拿到返回值,才能给客户端返回,而从JMS拿值这个过程也是异步的,这个时候,我们就可以通过Deferred来实现整个的异步调用。

首先,我们来模拟一个长时间调用的任务,代码如下:

@Component
public class LongTimeTask {
	private final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(this.getClass());
	@Async
	public void execute(DeferredResult<String> deferred){
		logger.info(Thread.currentThread().getName() + "进入 taskService 的 execute方法");
		try {
			// 模拟长时间任务调用,睡眠2s
			TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
			// 2s后给Deferred发送成功消息,告诉Deferred,我这边已经处理完了,可以返回给客户端了
			deferred.setResult("world");
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}
}

接着,我们就来实现异步调用,controller如下:

@RestController
public class AsyncDeferredController {
    private final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(this.getClass());
    private final LongTimeTask taskService;
    @Autowired
    public AsyncDeferredController(LongTimeTask taskService) {
        this.taskService = taskService;
    }
    @GetMapping("/deferred")
    public DeferredResult<String> executeSlowTask() {
        logger.info(Thread.currentThread().getName() + "进入executeSlowTask方法");
        DeferredResult<String> deferredResult = new DeferredResult<>();
        // 调用长时间执行任务
        taskService.execute(deferredResult);
        // 当长时间任务中使用deferred.setResult("world");这个方法时,会从长时间任务中返回,继续controller里面的流程
        logger.info(Thread.currentThread().getName() + "从executeSlowTask方法返回");
        // 超时的回调方法
        deferredResult.onTimeout(new Runnable(){
			@Override
			public void run() {
				logger.info(Thread.currentThread().getName() + " onTimeout");
				// 返回超时信息
				deferredResult.setErrorResult("time out!");
			}
		});
        // 处理完成的回调方法,无论是超时还是处理成功,都会进入这个回调方法
        deferredResult.onCompletion(new Runnable(){
			@Override
			public void run() {
				logger.info(Thread.currentThread().getName() + " onCompletion");
			}
		});
        return deferredResult;
    }
}

执行结果如下:

2017-12-07 19:25:40.192  INFO 6196 --- [nio-8060-exec-7] c.t.controller.AsyncDeferredController   : http-nio-8060-exec-7进入executeSlowTask方法
2017-12-07 19:25:40.193  INFO 6196 --- [nio-8060-exec-7] .s.a.AnnotationAsyncExecutionInterceptor : No TaskExecutor bean found for async processing
2017-12-07 19:25:40.194  INFO 6196 --- [nio-8060-exec-7] c.t.controller.AsyncDeferredController   : http-nio-8060-exec-7从executeSlowTask方法返回
2017-12-07 19:25:40.198  INFO 6196 --- [nio-8060-exec-7] c.t.i.MyAsyncHandlerInterceptor          : http-nio-8060-exec-7 进入afterConcurrentHandlingStarted方法
2017-12-07 19:25:40.202  INFO 6196 --- [cTaskExecutor-1] com.travelsky.controller.LongTimeTask    : SimpleAsyncTaskExecutor-1进入 taskService 的 execute方法
2017-12-07 19:25:42.212  INFO 6196 --- [nio-8060-exec-8] c.t.i.MyAsyncHandlerInterceptor          : http-nio-8060-exec-8服务调用完成,返回结果给客户端
2017-12-07 19:25:42.213  INFO 6196 --- [nio-8060-exec-8] c.t.controller.AsyncDeferredController   : http-nio-8060-exec-8 onCompletion

从上面的执行结果不难看出,容器线程会立刻返回,应用程序使用线程池里面的cTaskExecutor-1线程来完成长时间任务的调用,当调用完成后,容器又启了一个连接线程,来返回最终的执行结果。

这种异步调用,在容器线程资源非常宝贵的时候,能够大大的提高整个系统的吞吐量。

ps:异步调用可以使用AsyncHandlerInterceptor进行拦截,使用示例如下:

@Component
public class MyAsyncHandlerInterceptor implements AsyncHandlerInterceptor {
	private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(MyAsyncHandlerInterceptor.class);
	@Override
	public boolean preHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler)
			throws Exception {
		return true;
	}
	@Override
	public void postHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler,
			ModelAndView modelAndView) throws Exception {
//		HandlerMethod handlerMethod = (HandlerMethod) handler;
		logger.info(Thread.currentThread().getName()+ "服务调用完成,返回结果给客户端");
	}
	@Override
	public void afterCompletion(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler, Exception ex)
			throws Exception {
		if(null != ex){
			System.out.println("发生异常:"+ex.getMessage());
		}
	}
	@Override
	public void afterConcurrentHandlingStarted(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler)
			throws Exception {
		// 拦截之后,重新写回数据,将原来的hello world换成如下字符串
		String resp = "my name is chhliu!";
		response.setContentLength(resp.length());
		response.getOutputStream().write(resp.getBytes());
		logger.info(Thread.currentThread().getName() + " 进入afterConcurrentHandlingStarted方法");
	}
}

有兴趣的可以了解下,本篇博客的主题是异步调用,其他的相关知识点,会在下一篇博客中进行讲解。

到此这篇关于Springboot使用异步请求提高系统的吞吐量详解的文章就介绍到这了,更多相关Springboot异步请求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!

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