SpringBoot 如何实现异步编程

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！！！

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