Spring Boot 異步框架的使用詳解

發布時間：2020-08-20 00:10:29 來源：腳本之家閱讀：462 作者：JavaDog 欄目：編程語言

1. 前言

隨著數據量和調用量的增長，用戶對應用的性能要求越來越高。另外，在實際的服務中，還存在著這樣的場景：系統在組裝數據的時候，對于數據的各個部分的獲取實際上是沒有前后依賴關系的。這些問題都很容易讓我們想到將這些同步調用全都改造為異步調用。不過自己實現起來比較麻煩，還容易出錯。好在Spring已經提供了該問題的解決方案，而且使用起來十分方便。

2.Spring異步執行框架的使用方法

2.1 maven 依賴

Spring異步執行框架的相關bean包含在spring-context和spring-aop模塊中，所以只要引入上述的模塊即可。

2.2 開啟異步任務支持

Spring提供了@EnableAsync的注解來標注是否啟用異步任務支持。使用方式如下:

@Configuration
@EnableAsync
public class AppConfig {
}

Note: @EnableAsync必須要配合@Configuration使用，否則會不生效

2.3 方法標記為異步調用

將同步方法的調用改為異步調用也很簡單。對于返回值為void的方法，直接加上@Async注解即可。對于有返回值的方法，除了加上上述的注解外，還需要將方法的返回值修改為Future類型和將返回值用AsyncResult包裝起來。如下所示：

// 無返回值的方法直接加上注解即可。 
@Async
public void method1() {
 ...
}

// 有返回值的方法需要修改返回值。
@Async
public Future<Object> method2() {
 ...
 return new AsyncResult<>(Object);
}

2.4 方法調用

對于void的方法，和普通的調用沒有任何區別。對于非void的方法，由于返回值是Future類型，所以需要用get()方法來獲取返回值。如下所示：

public static void main(String[] args) {
  service.method1();
  Future<Object> futureResult = service.method2();
  Object result;
  try {
     result = futureResult.get(); 
    } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
      ...
    }
}

3. 原理簡介

這塊的源碼的邏輯還是比較簡單的，主要是Spring幫我們生成并管理了一個線程池，然后方法調用的時候使用動態代理將方法的執行包裝為Callable類型并提交到線程池中執行。核心的實現邏輯在AsyncExecutionInterceptor類的invoke()方法中。如下所示：

@Override
public Object invoke(final MethodInvocation invocation) throws Throwable {
  Class<?> targetClass = (invocation.getThis() != null ? AopUtils.getTargetClass(invocation.getThis()) : null);
  Method specificMethod = ClassUtils.getMostSpecificMethod(invocation.getMethod(), targetClass);
  final Method userDeclaredMethod = BridgeMethodResolver.findBridgedMethod(specificMethod);

  AsyncTaskExecutor executor = determineAsyncExecutor(userDeclaredMethod);
  if (executor == null) {
    throw new IllegalStateException(
        "No executor specified and no default executor set on AsyncExecutionInterceptor either");
  }

  Callable<Object> task = new Callable<Object>() {
    @Override
    public Object call() throws Exception {
      try {
        Object result = invocation.proceed();
        if (result instanceof Future) {
          return ((Future<?>) result).get();
        }
      }
      catch (ExecutionException ex) {
        handleError(ex.getCause(), userDeclaredMethod, invocation.getArguments());
      }
      catch (Throwable ex) {
        handleError(ex, userDeclaredMethod, invocation.getArguments());
      }
      return null;
    }
  };

  return doSubmit(task, executor, invocation.getMethod().getReturnType());
}

4.自定義taskExecutor及異常處理

4.1自定義taskExecutor

Spring查找TaskExecutor邏輯是：

1. 如果Spring context中存在唯一的TaskExecutor bean，那么就使用這個bean。

2. 如果1中的bean不存在，那么就會查找是否存在一個beanName為taskExecutor且是java.util.concurrent.Executor實例的bean，有則使用這個bean。

3. 如果1、2中的都不存在，那么Spring就會直接使用默認的Executor，即SimpleAsyncTaskExecutor。

在第2節的實例中，我們直接使用的是Spring默認的TaskExecutor。但是對于每一個新的任務，SimpleAysncTaskExecutor都是直接創建新的線程來執行，所以無法重用線程。具體的執行的代碼如下：

@Override
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);
  if (isThrottleActive() && startTimeout > TIMEOUT_IMMEDIATE) {
    this.concurrencyThrottle.beforeAccess();
    doExecute(new ConcurrencyThrottlingRunnable(taskToUse));
  }
  else {
    doExecute(taskToUse);
  }
}

protected void doExecute(Runnable task) {
  Thread thread = (this.threadFactory != null ? this.threadFactory.newThread(task) : createThread(task));
  thread.start();
}

所以我們在使用的時候，最好是使用自定義的TaskExecutor。結合上面描述的Spring查找TaskExecutor的邏輯，最簡單的自定義的方法是使用@Bean注解。示例如下：

// ThreadPoolTaskExecutor的配置基本等同于線程池
@Bean("taskExecutor")
public Executor getAsyncExecutor() {
  ThreadPoolTaskExecutor taskExecutor = new ThreadPoolTaskExecutor();
  taskExecutor.setMaxPoolSize(MAX_POOL_SIZE);
  taskExecutor.setCorePoolSize(CORE_POOL_SIZE);
  taskExecutor.setQueueCapacity(CORE_POOL_SIZE * 10);
  taskExecutor.setThreadNamePrefix("wssys-async-task-thread-pool");
  taskExecutor.setWaitForTasksToCompleteOnShutdown(true);
  taskExecutor.setAwaitTerminationSeconds(60 * 10);
  taskExecutor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
  return taskExecutor;
}

另外，Spring還提供了一個AsyncConfigurer接口，通過實現該接口，除了可以實現自定義Executor以外，還可以自定義異常的處理。代碼如下：

@Configuration
@Slf4j
public class AsyncConfig implements AsyncConfigurer {

  private static final int MAX_POOL_SIZE = 50;

  private static final int CORE_POOL_SIZE = 20;

  @Override
  @Bean("taskExecutor")
  public Executor getAsyncExecutor() {
    ThreadPoolTaskExecutor taskExecutor = new ThreadPoolTaskExecutor();

    taskExecutor.setMaxPoolSize(MAX_POOL_SIZE);
    taskExecutor.setCorePoolSize(CORE_POOL_SIZE);
    taskExecutor.setQueueCapacity(CORE_POOL_SIZE * 10);
    taskExecutor.setThreadNamePrefix("async-task-thread-pool");
    taskExecutor.setWaitForTasksToCompleteOnShutdown(true);
    taskExecutor.setAwaitTerminationSeconds(60 * 10);
    taskExecutor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
    return taskExecutor;
  }

  @Override
  public AsyncUncaughtExceptionHandler getAsyncUncaughtExceptionHandler() {
    return (ex, method, params) -> log.error("invoke async method occurs error. method: {}, params: {}",
      method.getName(), JSON.toJSONString(params), ex);
  }

}

Note:

Spring還提供了一個AsyncConfigurerSupport類，該類也實現了AsyncConfigurer接口，且方法的返回值都是null，旨在提供一個方便的實現。

當getAsyncExecutor()方法返回null的時候，Spring會使用默認的處理器（強烈不推薦）。

當getAsyncUncaughtExceptionHandler()返回null的時候，Spring會使用SimpleAsyncUncaughtExceptionHandler來處理異常，該類會打印出異常的信息。

所以對該類的使用，最佳的實踐是繼承該類，并且覆蓋實現getAsyncExecutor()方法。

4.2 異常處理

Spring異步框架對異常的處理如下所示：

// 所在類：AsyncExecutionAspectSupport
protected void handleError(Throwable ex, Method method, Object... params) throws Exception {
  if (Future.class.isAssignableFrom(method.getReturnType())) {
    ReflectionUtils.rethrowException(ex);
  }
  else {
    // Could not transmit the exception to the caller with default executor
    try {
      this.exceptionHandler.handleUncaughtException(ex, method, params);
    }
    catch (Throwable ex2) {
      logger.error("Exception handler for async method '" + method.toGenericString() +
          "' threw unexpected exception itself", ex2);
    }
  }
}

從代碼來看，如果返回值是Future類型，那么直接將異常拋出。如果返回值不是Future類型（基本上包含的是所有返回值void類型的方法，因為如果方法有返回值，必須要用Future包裝起來），那么會調用handleUncaughtException方法來處理異常。

注意：在handleUncaughtException()方法中拋出的任何異常，都會被Spring Catch住，所以沒有辦法將void的方法再次拋出并傳播到上層調用方的！！！

關于Spring 這個設計的緣由我的理解是：既然方法的返回值是void，就說明調用方不關心方法執行是否成功，所以也就沒有必要去處理方法拋出的異常。如果需要關心異步方法是否成功，那么返回值改為boolean就可以了。

4.4 最佳實踐的建議

@Async可以指定方法執行的Executor，用法：@Async("MyTaskExecutor")。推薦指定Executor，這樣可以避免因為Executor配置沒有生效而Spring使用默認的Executor的問題。
實現接口AsyncConfigurer的時候，方法getAsyncExecutor()必須要使用@Bean，并指定Bean的name。如果不使用@Bean，那么該方法返回的Executor并不會被Spring管理。用java doc api的原話是：is not a fully managed Spring bean.（具體含義沒有太理解，不過親測不加這個注解無法正常使用）
由于其本質上還是基于代理實現的，所以如果一個類中有A、B兩個異步方法，而A中存在對B的調用，那么調用A方法的時候，B方法不會去異步執行的。
在異步方法上標注@Transactional是無效的。
future.get()的時候，最好使用get(long timeout, TimeUnit unit)方法，避免長時間阻塞。
ListenableFuture和CompletableFuture也是推薦使用的，他們相比Future，提供了對異步調用的各個階段或過程進行介入的能力。

以上就是本文的全部內容，希望對大家的學習有所幫助，也希望大家多多支持億速云。

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