SpringBoot 异步编程浅谈

2023-12-22
福建
本文字数：3759 字
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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@EnableAsyncpublic 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;    }}

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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);    }

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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

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

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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<String>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。

@Autowiredprivate MyService myService; public void someMethod() {    Future<String> 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();    }}

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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。

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

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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<String>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。

@Autowiredprivate MyService myService; public void someMethod() {    CompletableFuture<String> 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();}

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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()和thenAccept()这四个方法的区别

thenApplyAsync()和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

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。
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。
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。
调用线程立即返回，不会等待异步任务的执行完成。
异步任务在独立的线程中执行，直到任务完成。
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
体验项目：http://www.jnpfsoft.com/?from=001

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1. 需求背景

2. SpringBoot 如何实现异步调用

3. 异步调用实现步骤

第一步：新建配置类，开启 @Async 功能支持

注：

第二步：在方法上标记异步调用

注：

注：

第三步：在需要进行异步执行的地方进行调用

4. @Async的原理

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`4. @Async`的原理