Spring使用@Async注解

    本文讲述@Async注解,在Spring体系中的应用。本文仅说明@Async注解的应用规则,对于原理,调用逻辑,源码分析,暂不介绍。对于异步方法调用,从Spring3开始提供了@Async注解,该注解可以被标注在方法上,以便异步地调用该方法。调用者将在调用时立即返回,方法的实际执行将提交给Spring TaskExecutor的任务中,由指定的线程池中的线程执行。

    在项目应用中,@Async调用线程池,推荐使用自定义线程池的模式。自定义线程池常用方案:重新实现接口AsyncConfigurer。

简介

应用场景    

   同步:同步就是整个处理过程顺序执行,当各个过程都执行完毕,并返回结果。

   异步: 异步调用则是只是发送了调用的指令,调用者无需等待被调用的方法完全执行完毕;而是继续执行下面的流程。例如, 在某个调用中,需要顺序调用 A, B, C三个过程方法;如他们都是同步调用,则需要将他们都顺序执行完毕之后,方算作过程执行完毕; 如B为一个异步的调用方法,则在执行完A之后,调用B,并不等待B完成,而是执行开始调用C,待C执行完毕之后,就意味着这个过程执行完毕了。在Java中,一般在处理类似的场景之时,都是基于创建独立的线程去完成相应的异步调用逻辑,通过主线程和不同的业务子线程之间的执行流程,从而在启动独立的线程之后,主线程继续执行而不会产生停滞等待的情况。

Spring 已经实现的线程池

1. SimpleAsyncTaskExecutor:不是真的线程池,这个类不重用线程,默认每次调用都会创建一个新的线程。
2. 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方。
3. 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。
4. SimpleThreadPoolTaskExecutor:是Quartz的SimpleThreadPool的类。线程池同时被quartz和非quartz使用,才需要使用此类。
5. ThreadPoolTaskExecutor :最常使用,推荐。 其实质是对java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor的包装。

异步的方法有:

1. 最简单的异步调用,返回值为void
2. 带参数的异步调用,异步方法可以传入参数
3. 存在返回值,常调用返回Future

Spring中启用@Async

 1 // 基于Java配置的启用方式:
 2 @Configuration  
 3 @EnableAsync  
 4 public class SpringAsyncConfig { ... }  
 5 
 6 // Spring boot启用:
 7 @EnableAsync
 8 @EnableTransactionManagement
 9 public class SettlementApplication {
10     public static void main(String[] args) {
11         SpringApplication.run(SettlementApplication.class, args);
12     }
13 }

 @Async应用默认线程池

    Spring应用默认的线程池,指在@Async注解在使用时,不指定线程池的名称。查看源码,@Async的默认线程池为SimpleAsyncTaskExecutor

  • 无返回值调用   

    基于@Async无返回值调用,直接在使用类,使用方法(建议在使用方法)上,加上注解。若需要抛出异常,需手动new一个异常抛出。

 1  /**
 2      * 带参数的异步调用 异步方法可以传入参数
 3      *  对于返回值是void,异常会被AsyncUncaughtExceptionHandler处理掉
 4      * @param s
 5      */
 6     @Async
 7     public void asyncInvokeWithException(String s) {
 8         log.info("asyncInvokeWithParameter, parementer={}", s);
 9         throw new IllegalArgumentException(s);
10     }
  • 有返回值Future调用
 1  /**
 2      * 异常调用返回Future
 3      *  对于返回值是Future,不会被AsyncUncaughtExceptionHandler处理,需要我们在方法中捕获异常并处理
 4      *  或者在调用方在调用Futrue.get时捕获异常进行处理
 5      * 
 6      * @param i
 7      * @return
 8      */
 9     @Async
10     public Future<String> asyncInvokeReturnFuture(int i) {
11         log.info("asyncInvokeReturnFuture, parementer={}", i);
12         Future<String> future;
13         try {
14             Thread.sleep(1000 * 1);
15             future = new AsyncResult<String>("success:" + i);
16             throw new IllegalArgumentException("a");
17         } catch (InterruptedException e) {
18             future = new AsyncResult<String>("error");
19         } catch(IllegalArgumentException e){
20             future = new AsyncResult<String>("error-IllegalArgumentException");
21         }
22         return future;
23     }
  • 有返回值CompletableFuture调用

     CompletableFuture 并不使用@Async注解,可达到调用系统线程池处理业务的功能。

    JDK5新增了Future接口,用于描述一个异步计算的结果。虽然 Future 以及相关使用方法提供了异步执行任务的能力,但是对于结果的获取却是很不方便,只能通过阻塞或者轮询的方式得到任务的结果。阻塞的方式显然和我们的异步编程的初衷相违背,轮询的方式又会耗费无谓的 CPU 资源,而且也不能及时地得到计算结果。

  • CompletionStage代表异步计算过程中的某一个阶段,一个阶段完成以后可能会触发另外一个阶段

  • 一个阶段的计算执行可以是一个Function,Consumer或者Runnable。比如:stage.thenApply(x -> square(x)).thenAccept(x -> System.out.print(x)).thenRun(() -> System.out.println())

  • 一个阶段的执行可能是被单个阶段的完成触发,也可能是由多个阶段一起触发

    在Java8中,CompletableFuture提供了非常强大的Future的扩展功能,可以帮助我们简化异步编程的复杂性,并且提供了函数式编程的能力,可以通过回调的方式处理计算结果,也提供了转换和组合 CompletableFuture 的方法。

  • 它可能代表一个明确完成的Future,也有可能代表一个完成阶段( CompletionStage ),它支持在计算完成以后触发一些函数或执行某些动作。
  • 它实现了Future和CompletionStage接口
 1  /**
 2      * 数据查询线程池
 3      */
 4     private static final ThreadPoolExecutor SELECT_POOL_EXECUTOR = new ThreadPoolExecutor(10, 20, 5000,
 5             TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(1024), new ThreadFactoryBuilder().setNameFormat("selectThreadPoolExecutor-%d").build());
 6 
 7 // tradeMapper.countTradeLog(tradeSearchBean)方法表示,获取数量,返回值为int
 8  // 获取总条数
 9         CompletableFuture<Integer> countFuture = CompletableFuture
10                 .supplyAsync(() -> tradeMapper.countTradeLog(tradeSearchBean), SELECT_POOL_EXECUTOR);
11 // 同步阻塞
12     CompletableFuture.allOf(countFuture).join();
13 // 获取结果
14  int count = countFuture.get();       
  • 默认线程池的弊端

    在线程池应用中,参考阿里巴巴java开发规范:线程池不允许使用Executors去创建,不允许使用系统默认的线程池,推荐通过ThreadPoolExecutor的方式,这样的处理方式让开发的工程师更加明确线程池的运行规则,规避资源耗尽的风险。Executors各个方法的弊端:

  • newFixedThreadPool和newSingleThreadExecutor:主要问题是堆积的请求处理队列可能会耗费非常大的内存,甚至OOM。
  • newCachedThreadPool和newScheduledThreadPool:要问题是线程数最大数是Integer.MAX_VALUE,可能会创建数量非常多的线程,甚至OOM。

    @Async默认异步配置使用的是SimpleAsyncTaskExecutor,该线程池默认来一个任务创建一个线程,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。针对线程创建问题,SimpleAsyncTaskExecutor提供了限流机制,通过concurrencyLimit属性来控制开关,当concurrencyLimit>=0时开启限流机制,默认关闭限流机制即concurrencyLimit=-1,当关闭情况下,会不断创建新的线程来处理任务。基于默认配置,SimpleAsyncTaskExecutor并不是严格意义的线程池,达不到线程复用的功能。

 @Async应用自定义线程池

    自定义线程池,可对系统中线程池更加细粒度的控制,方便调整线程池大小配置,线程执行异常控制和处理。在设置系统自定义线程池代替默认线程池时,虽可通过多种模式设置,但替换默认线程池最终产生的线程池有且只能设置一个(不能设置多个类继承AsyncConfigurer)。自定义线程池有如下模式:

  • 重新实现接口AsyncConfigurer
  • 继承AsyncConfigurerSupport
  • 配置由自定义的TaskExecutor替代内置的任务执行器

   通过查看Spring源码关于@Async的默认调用规则,会优先查询源码中实现AsyncConfigurer这个接口的类,实现这个接口的类为AsyncConfigurerSupport。但默认配置的线程池和异步处理方法均为空,所以,无论是继承或者重新实现接口,都需指定一个线程池。且重新实现 public Executor getAsyncExecutor()方法。

  •  实现接口AsyncConfigurer

 1 @Configuration
 2 public class AsyncConfiguration implements AsyncConfigurer {
 3     @Bean("kingAsyncExecutor")
 4     public ThreadPoolTaskExecutor executor() {
 5         ThreadPoolTaskExecutor executor = new ThreadPoolTaskExecutor();
 6         int corePoolSize = 10;
 7         executor.setCorePoolSize(corePoolSize);
 8         int maxPoolSize = 50;
 9         executor.setMaxPoolSize(maxPoolSize);
10         int queueCapacity = 10;
11         executor.setQueueCapacity(queueCapacity);
12         executor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
13         String threadNamePrefix = "kingDeeAsyncExecutor-";
14         executor.setThreadNamePrefix(threadNamePrefix);
15         executor.setWaitForTasksToCompleteOnShutdown(true);
16         // 使用自定义的跨线程的请求级别线程工厂类19         int awaitTerminationSeconds = 5;
20         executor.setAwaitTerminationSeconds(awaitTerminationSeconds);
21         executor.initialize();
22         return executor;
23     }
24 
25     @Override
26     public Executor getAsyncExecutor() {
27         return executor();
28     }
29 
30     @Override
31     public AsyncUncaughtExceptionHandler getAsyncUncaughtExceptionHandler() {
32         return (ex, method, params) -> ErrorLogger.getInstance().log(String.format("执行异步任务'%s'", method), ex);
33     }
34 }
  •  继承AsyncConfigurerSupport

@Configuration  
@EnableAsync  
class SpringAsyncConfigurer extends AsyncConfigurerSupport {  
  
    @Bean  
    public ThreadPoolTaskExecutor asyncExecutor() {  
        ThreadPoolTaskExecutor threadPool = new ThreadPoolTaskExecutor();  
        threadPool.setCorePoolSize(3);  
        threadPool.setMaxPoolSize(3);  
        threadPool.setWaitForTasksToCompleteOnShutdown(true);  
        threadPool.setAwaitTerminationSeconds(60 * 15);  
        return threadPool;  
    }  
  
    @Override  
    public Executor getAsyncExecutor() {  
        return asyncExecutor;  
}  

  @Override  
    public AsyncUncaughtExceptionHandler getAsyncUncaughtExceptionHandler() {
    return (ex, method, params) -> ErrorLogger.getInstance().log(String.format("执行异步任务'%s'", method), ex);
}
} 
  • 配置自定义的TaskExecutor

    由于AsyncConfigurer的默认线程池在源码中为空,Spring通过beanFactory.getBean(TaskExecutor.class)先查看是否有线程池,未配置时,通过beanFactory.getBean(DEFAULT_TASK_EXECUTOR_BEAN_NAME, Executor.class),又查询是否存在默认名称为TaskExecutor的线程池。所以可在项目中,定义名称为TaskExecutor的bean生成一个默认线程池。也可不指定线程池的名称,申明一个线程池,本身底层是基于TaskExecutor.class便可。

比如:

 Executor.class:ThreadPoolExecutorAdapter->ThreadPoolExecutor->AbstractExecutorService->ExecutorService->Executor(这样的模式,最终底层为Executor.class,在替换默认的线程池时,需设置默认的线程池名称为TaskExecutor)
 TaskExecutor.class:ThreadPoolTaskExecutor->SchedulingTaskExecutor->AsyncTaskExecutor->TaskExecutor(这样的模式,最终底层为TaskExecutor.class,在替换默认的线程池时,可不指定线程池名称。)
 1 @EnableAsync
 2 @Configuration
 3 public class TaskPoolConfig {
 4     @Bean(name = AsyncExecutionAspectSupport.DEFAULT_TASK_EXECUTOR_BEAN_NAME)
 5     public Executor taskExecutor() {
 6         ThreadPoolTaskExecutor executor = new ThreadPoolTaskExecutor();
 7          //核心线程池大小
 8         executor.setCorePoolSize(10);
 9         //最大线程数
10         executor.setMaxPoolSize(20);
11         //队列容量
12         executor.setQueueCapacity(200);
13         //活跃时间
14         executor.setKeepAliveSeconds(60);
15         //线程名字前缀
16         executor.setThreadNamePrefix("taskExecutor-");
17         executor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
18         return executor;
19     }
      @Bean(name = "new_task")
 5     public Executor taskExecutor() {
 6         ThreadPoolTaskExecutor executor = new ThreadPoolTaskExecutor();
 7          //核心线程池大小
 8         executor.setCorePoolSize(10);
 9         //最大线程数
10         executor.setMaxPoolSize(20);
11         //队列容量
12         executor.setQueueCapacity(200);
13         //活跃时间
14         executor.setKeepAliveSeconds(60);
15         //线程名字前缀
16         executor.setThreadNamePrefix("taskExecutor-");
17         executor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
18         return executor;
19     }
20 }
  • 多个线程池

   @Async注解,使用系统默认或者自定义的线程池(代替默认线程池)。可在项目中设置多个线程池,在异步调用时,指明需要调用的线程池名称,如@Async("new_task")。

@Async部分重要源码解析

源码-获取线程池方法

 源码-设置默认线程池defaultExecutor,默认是空的,当重新实现接口AsyncConfigurer的getAsyncExecutor()时,可以设置默认的线程池。

源码-寻找系统默认线程池

源码-都没有找到项目中设置的默认线程池时,采用spring 默认的线程池

参考文章

CompletableFuture基本用法 

Spring Boot系列二 Spring @Async异步线程池用法总结

Spring Boot@Async默认线程池导致OOM问题

Spring @Async源码解析

posted @ 2019-11-04 09:00  无涯Ⅱ  阅读(70299)  评论(6编辑  收藏  举报