SpringBoot 异步编程浅谈

1. 需求背景

  当我们需要提高系统的并发性能时,我们可以将耗时的操作异步执行,从而避免线程阻塞,提高系统的并发性能。例如,在处理大量的并发请求时,如果每个请求都是同步阻塞的方式处理,系统的响应时间会变得很长。而使用异步编程,可以将一些耗时的操作交给其他线程去处理,从而释放主线程,提高系统的并发能力。

2. SpringBoot如何实现异步调用

  从Spring 3开始,可以通过在方法上标注@Async注解来实现异步方法调用。这意味着当我们调用被@Async注解修饰的方法时,它会在后台以异步方式执行。为了启用异步功能,我们需要一个配置类,并在该类上使用@EnableAsync注解。这个注解告诉Spring要开启异步功能。

3. 异步调用实现步骤

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。这里选择使用单独的配置类SyncConfiguration

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,所以在使用Spring中的@Async异步框架时要自定义线程池,替代默认的SimpleAsyncTaskExecutor,这也是自定义配置的意义之一。

@Configuration
@EnableAsync
public class SyncConfiguration {
    @Bean(name = "asyncPoolTaskExecutor")
    public ThreadPoolTaskExecutor executor() {
        ThreadPoolTaskExecutor taskExecutor = new ThreadPoolTaskExecutor();
        //核心线程数,设置核心线程数。核心线程数是线程池中一直保持活动的线程数量,即使它们是空闲的。
        taskExecutor.setCorePoolSize(10);
        //设置线程池维护线程的最大数量。当缓冲队列已满并且核心线程数的线程都在忙碌时,线程池会创建新的线程,直到达到最大线程数。
        taskExecutor.setMaxPoolSize(100);
        //设置缓冲队列的容量。当所有的核心线程都在忙碌时,新的任务将会被放入缓冲队列中等待执行。
        taskExecutor.setQueueCapacity(50);
        //设置非核心线程的空闲时间。当超过核心线程数的线程在空闲时间达到设定值后,它们将被销毁,以减少资源的消耗。
        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;
    }
}

注:

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

第二步:在方法上标记异步调用

在异步处理的方法上添加@Async注解,代表该方法为异步处理。

public class AsyncTask {
 
    @Async
    public void Task() {
        long t1 = System.currentTimeMillis();
        Thread.sleep(5000);
        long t2 = System.currentTimeMillis();
        log.info("task cost {} ms" , t2-t1);
    }

注:

在异步编程中,如果需要处理带有返回值的异步方法(有则继续浏览,无则跳过),Spring提供了java.util.concurrent.Future接口和java.util.concurrent.CompletableFuture类来处理异步任务的返回值。

1. 使用Future接口:Future接口表示一个异步计算的结果。我们可以通过调用Future对象的get()方法来获取异步任务的返回值,但这将阻塞当前线程,直到异步任务完成并返回结果

@Service
public class MyService {
    @Async
    public Future asyncMethodWithReturnValue() {
        // 模拟耗时操作
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
         
        return new AsyncResult<>("Async method result");
    }
}

上述示例中,asyncMethodWithReturnValue()方法使用@Async注解标记为异步方法,并返回一个Future对象。在方法内部,我们使用AsyncResult类来创建一个包含异步结果的Future对象。

在调用该异步方法时,可以使用get()方法来获取异步任务的返回值。但需要注意,get()方法会阻塞当前线程,直到异步任务执行完成并返回结果。

@Autowired
private MyService myService;
 
public void someMethod() {
    Future futureResult = myService.asyncMethodWithReturnValue();
     
    // 阻塞等待异步任务完成并获取返回值
    try {
        String result = futureResult.get();
        System.out.println("Async method result: " + result);
    } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

上述示例中,我们通过调用futureResult.get()方法来获取异步任务的返回值。如果异步任务还未完成,调用get()方法将会阻塞当前线程,直到异步任务完成并返回结果。

2. 使用CompletableFuture类:CompletableFuture是Java 8引入的一个强大的异步编程工具,提供了更加灵活和功能丰富的异步任务处理方式。

@Service
public class MyService {
    @Async
    public CompletableFuture asyncMethodWithReturnValue() {
        // 模拟耗时操作
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
         
        return CompletableFuture.completedFuture("Async method result");
    }
}

在上述示例中,asyncMethodWithReturnValue()方法使用@Async注解标记为异步方法,并返回一个CompletableFuture对象。在方法内部,我们使用CompletableFuture.completedFuture()方法创建一个包含异步结果的CompletableFuture对象。

在调用该异步方法时,可以链式调用thenApply()thenAccept()等方法来对异步任务的结果进行处理。

@Autowired
private MyService myService;
 
public void someMethod() {
    CompletableFuture futureResult = myService.asyncMethodWithReturnValue();
     
    futureResult.thenAccept(result -> {
        System.out.println("Async method result: " + result);
    });
     
    // 执行其他操作
     
    // 阻塞等待异步任务完成
    futureResult.join();
}

在上述示例中,我们通过调用thenAccept()方法来处理异步任务的结果,而不需要显式调用get()方法。thenAccept()方法接受一个Consumer函数式接口,用于处理异步任务的结果。

此外,CompletableFuture还提供了丰富的方法,例如thenApplyAsync()thenCompose()thenCombine()等,用于处理复杂的异步任务流程。

注:

当使用CompletableFuture处理异步任务时,以下是thenApplyAsync()thenCompose()thenCombine()thenAccept()这四个方法的区别

  • thenApplyAsync()thenAccept()用于处理异步任务的结果,并返回一个新的CompletableFuture或不返回任何结果。

  • thenCompose()用于处理异步任务的结果,并返回一个新的CompletableFuture,该结果是另一个CompletionStage的结果。

  • thenCombine()用于组合两个异步任务的结果,并应用指定的函数处理结果,并返回一个新的CompletableFuture

第三步:在需要进行异步执行的地方进行调用

  

4. @Async的原理

  1. 当一个带有@Async注解的方法被调用时,Spring会创建一个异步代理对象来代理这个方法的调用。

  2. 异步代理对象会将方法调用封装为一个独立的任务,并将该任务提交给异步任务执行器。

  3. 异步任务执行器从线程池中获取一个空闲的线程,并将任务分配给该线程执行。

  4. 调用线程立即返回,不会等待异步任务的执行完成。

  5. 异步任务在独立的线程中执行,直到任务完成。

  6. 异步任务执行完成后,可以选择返回结果或者不返回任何结果。

文章转载自:空慧居士

原文链接:https://www.cnblogs.com/beyond-tester/p/17912561.html

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