SpringBoot的四種異步處理是怎樣的

這篇文章將為大家詳細講解有關(guān)SpringBoot的四種異步處理是怎樣的，文章內(nèi)容質(zhì)量較高，因此小編分享給大家做個參考，希望大家閱讀完這篇文章后對相關(guān)知識有一定的了解。

前言

在網(wǎng)絡(luò)上有關(guān)于SpringBoot的異步請求和異步調(diào)有兩種說法

我們也知道了“服務(wù)實現(xiàn)的異步與同步特性完全獨立于客戶端調(diào)用的異步和同步特性。也就是說客戶端可以異步的去調(diào)用同步服務(wù)，而且客戶端也可以同步的去調(diào)用異步服務(wù)?！?/p>

異步請求與同步請求

我們先通過一張圖來區(qū)分一下異步請求和同步請求的區(qū)別：

異步與同步

在上圖中有三個角色：客戶端、Web容器和業(yè)務(wù)處理線程。

兩個流程中客戶端對Web容器的請求，都是同步的。因為它們在請求客戶端時都處于阻塞等待狀態(tài)，并沒有進行異步處理。

在Web容器部分，第一個流程采用同步請求，第二個流程采用異步回調(diào)的形式。

通過異步處理，可以先釋放容器分配給請求的線程與相關(guān)資源，減輕系統(tǒng)負擔，從而增加了服務(wù)器對客戶端請求的吞吐量。但并發(fā)請求量較大時，通常會通過負載均衡的方案來解決，而不是異步。

Servlet3.0中的異步

Servlet  3.0之前，Servlet采用Thread-Per-Request的方式處理請求，即每一次Http請求都由一個線程從頭到尾處理。當涉及到耗時操作時，性能問題便比較明顯。

Servlet 3.0中提供了異步處理請求?？梢韵柔尫湃萜鞣峙浣o請求的線程與相關(guān)資源，減輕系統(tǒng)負擔，從而增加服務(wù)的吞吐量。

Servlet  3.0的異步是通過AsyncContext對象來完成的，它可以從當前線程傳給另一個線程，并歸還初始線程。新的線程處理完業(yè)務(wù)可以直接返回結(jié)果給客戶端。

AsyncContext對象可以從HttpServletRequest中獲取：

@RequestMapping("/async") public void async(HttpServletRequest request) {     AsyncContext asyncContext = request.getAsyncContext(); }

在AsyncContext中提供了獲取ServletRequest、ServletResponse和添加監(jiān)聽(addListener)等功能：

public interface AsyncContext {      ServletRequest getRequest();      ServletResponse getResponse();      void addListener(AsyncListener var1);          void setTimeout(long var1);      // 省略其他方法 }

不僅可以通過AsyncContext獲取Request和Response等信息，還可以設(shè)置異步處理超時時間。通常，超時時間(單位毫秒)是需要設(shè)置的，不然無限等下去不就與同步處理一樣了。

通過AsyncContext的addListener還可以添加監(jiān)聽事件，用來處理異步線程的開始、完成、異常、超時等事件回調(diào)。

addListener方法的參數(shù)AsyncListener的源碼如下：

public interface AsyncListener extends EventListener {     // 異步執(zhí)行完畢時調(diào)用     void onComplete(AsyncEvent var1) throws IOException;     // 異步線程執(zhí)行超時調(diào)用     void onTimeout(AsyncEvent var1) throws IOException;     // 異步線程出錯時調(diào)用     void onError(AsyncEvent var1) throws IOException;     // 異步線程開始時調(diào)用     void onStartAsync(AsyncEvent var1) throws IOException; }

通常，異常或超時時返回調(diào)用方錯誤信息，而異常時會處理一些清理和關(guān)閉操作或記錄異常日志等。

基于Servlet方式實現(xiàn)異步請求

下面直接看一個基于Servlet方式的異步請求示例：

@GetMapping(value = "/email/send") public void servletReq(HttpServletRequest request) {     AsyncContext asyncContext = request.startAsync();     // 設(shè)置監(jiān)聽器:可設(shè)置其開始、完成、異常、超時等事件的回調(diào)處理     asyncContext.addListener(new AsyncListener() {         @Override         public void onTimeout(AsyncEvent event) {             System.out.println("處理超時了...");         }          @Override         public void onStartAsync(AsyncEvent event) {             System.out.println("線程開始執(zhí)行");         }          @Override         public void onError(AsyncEvent event) {             System.out.println("執(zhí)行過程中發(fā)生錯誤：" + event.getThrowable().getMessage());         }          @Override         public void onComplete(AsyncEvent event) {             System.out.println("執(zhí)行完成，釋放資源");         }     });     //設(shè)置超時時間     asyncContext.setTimeout(6000);     asyncContext.start(new Runnable() {         @Override         public void run() {             try {                 Thread.sleep(5000);                 System.out.println("內(nèi)部線程：" + Thread.currentThread().getName());                 asyncContext.getResponse().getWriter().println("async processing");             } catch (Exception e) {                 System.out.println("異步處理發(fā)生異常：" + e.getMessage());             }             // 異步請求完成通知，整個請求完成             asyncContext.complete();         }     });     //此時request的線程連接已經(jīng)釋放了     System.out.println("主線程：" + Thread.currentThread().getName()); }

啟動項目，訪問對應(yīng)的URL，打印日志如下：

主線程：http-nio-8080-exec-4 內(nèi)部線程：http-nio-8080-exec-5 執(zhí)行完成，釋放資源

可以看出，上述代碼先執(zhí)行完了主線程，也就是程序的最后一行代碼的日志打印，然后才是內(nèi)部線程的執(zhí)行。內(nèi)部線程執(zhí)行完成，AsyncContext的onComplete方法被調(diào)用。

如果通過瀏覽器訪問對應(yīng)的URL，還可以看到該方法的返回值“async processing”。說明內(nèi)部線程的結(jié)果同樣正常的返回到客戶端了。

基于Spring實現(xiàn)異步請求

基于Spring可以通過Callable、DeferredResult或者WebAsyncTask等方式實現(xiàn)異步請求。

基于Callable實現(xiàn)

對于一次請求(/email)，基于Callable的處理流程如下：

1、Spring MVC開啟副線程處理業(yè)務(wù)(將Callable提交到TaskExecutor);

2、DispatcherServlet和所有的Filter退出Web容器的線程，但是response保持打開狀態(tài);

3、Callable返回結(jié)果，SpringMVC將原始請求重新派發(fā)給容器(再重新請求一次/email)，恢復之前的處理;

4、DispatcherServlet重新被調(diào)用，將結(jié)果返回給用戶;

代碼實現(xiàn)示例如下：

@GetMapping("/email") public Callable<String> order() {     System.out.println("主線程開始：" + Thread.currentThread().getName());     Callable<String> result = () -> {         System.out.println("副線程開始：" + Thread.currentThread().getName());         Thread.sleep(1000);         System.out.println("副線程返回：" + Thread.currentThread().getName());         return "success";     };      System.out.println("主線程返回：" + Thread.currentThread().getName());     return result; }

訪問對應(yīng)URL，控制臺輸入日志如下：

主線程開始：http-nio-8080-exec-1  主線程返回：http-nio-8080-exec-1  副線程開始：task-1  副線程返回：task-1

通過日志可以看出，主線程已經(jīng)完成了，副線程才進行執(zhí)行。同時，URL返回結(jié)果“success”。這也說明一個問題，服務(wù)器端的異步處理對客戶端來說是不可見的。

Callable默認使用SimpleAsyncTaskExecutor類來執(zhí)行，這個類非常簡單而且沒有重用線程。在實踐中，需要使用AsyncTaskExecutor類來對線程進行配置。

這里通過實現(xiàn)WebMvcConfigurer接口來完成線程池的配置。

@Configuration public class WebConfig implements WebMvcConfigurer {      @Resource     private ThreadPoolTaskExecutor myThreadPoolTaskExecutor;      /**      * 配置線程池      */     @Bean(name = "asyncPoolTaskExecutor")     public ThreadPoolTaskExecutor getAsyncThreadPoolTaskExecutor() {         ThreadPoolTaskExecutor taskExecutor = new ThreadPoolTaskExecutor();         taskExecutor.setCorePoolSize(2);         taskExecutor.setMaxPoolSize(10);         taskExecutor.setQueueCapacity(25);         taskExecutor.setKeepAliveSeconds(200);         taskExecutor.setThreadNamePrefix("thread-pool-");         // 線程池對拒絕任務(wù)（無線程可用）的處理策略，目前只支持AbortPolicy、CallerRunsPolicy；默認為后者         taskExecutor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());         taskExecutor.initialize();         return taskExecutor;     }      @Override     public void configureAsyncSupport(final AsyncSupportConfigurer configurer) {         // 處理callable超時         configurer.setDefaultTimeout(60 * 1000);         configurer.setTaskExecutor(myThreadPoolTaskExecutor);         configurer.registerCallableInterceptors(timeoutCallableProcessingInterceptor());     }      @Bean     public TimeoutCallableProcessingInterceptor timeoutCallableProcessingInterceptor() {         return new TimeoutCallableProcessingInterceptor();     } }

為了驗證打印的線程，我們將實例代碼中的System.out.println替換成日志輸出，會發(fā)現(xiàn)在使用線程池之前，打印日志如下：

2021-02-21 09:45:37.144  INFO 8312 --- [nio-8080-exec-1] c.s.learn.controller.AsynController      : 主線程開始：http-nio-8080-exec-1 2021-02-21 09:45:37.144  INFO 8312 --- [nio-8080-exec-1] c.s.learn.controller.AsynController      : 主線程返回：http-nio-8080-exec-1 2021-02-21 09:45:37.148  INFO 8312 --- [         task-1] c.s.learn.controller.AsynController      : 副線程開始：task-1 2021-02-21 09:45:38.153  INFO 8312 --- [         task-1] c.s.learn.controller.AsynController      : 副線程返回：task-1

線程名稱為“task-1”。讓線程池生效之后，打印日志如下：

2021-02-21 09:50:28.950  INFO 8339 --- [nio-8080-exec-1] c.s.learn.controller.AsynController      : 主線程開始：http-nio-8080-exec-1 2021-02-21 09:50:28.951  INFO 8339 --- [nio-8080-exec-1] c.s.learn.controller.AsynController      : 主線程返回：http-nio-8080-exec-1 2021-02-21 09:50:28.955  INFO 8339 --- [  thread-pool-1] c.s.learn.controller.AsynController      : 副線程開始：thread-pool-1 2021-02-21 09:50:29.956  INFO 8339 --- [  thread-pool-1] c.s.learn.controller.AsynController      : 副線程返回：thread-pool-1

線程名稱為“thread-pool-1”，其中前面的“thread-pool”正是我們配置的線程池前綴。

除了線程池的配置，還可以配置統(tǒng)一異常處理，這里就不再演示了。

基于WebAsyncTask實現(xiàn)

Spring提供的WebAsyncTask是對Callable的包裝，提供了更強大的功能，比如：處理超時回調(diào)、錯誤回調(diào)、完成回調(diào)等。

@GetMapping("/webAsyncTask") public WebAsyncTask<String> webAsyncTask() {     log.info("外部線程：" + Thread.currentThread().getName());     WebAsyncTask<String> result = new WebAsyncTask<>(60 * 1000L, new Callable<String>() {         @Override         public String call() {             log.info("內(nèi)部線程：" + Thread.currentThread().getName());             return "success";         }     });     result.onTimeout(new Callable<String>() {         @Override         public String call() {             log.info("timeout callback");             return "timeout callback";         }     });     result.onCompletion(new Runnable() {         @Override         public void run() {             log.info("finish callback");         }     });     return result; }

訪問對應(yīng)請求，打印日志：

2021-02-21 10:22:33.028  INFO 8547 --- [nio-8080-exec-1] c.s.learn.controller.AsynController      : 外部線程：http-nio-8080-exec-1 2021-02-21 10:22:33.033  INFO 8547 --- [  thread-pool-1] c.s.learn.controller.AsynController      : 內(nèi)部線程：thread-pool-1 2021-02-21 10:22:33.055  INFO 8547 --- [nio-8080-exec-2] c.s.learn.controller.AsynController      : finish callback

基于DeferredResult實現(xiàn)

DeferredResult使用方式與Callable類似，但在返回結(jié)果時不一樣，它返回的時實際結(jié)果可能沒有生成，實際的結(jié)果可能會在另外的線程里面設(shè)置到DeferredResult中去。

DeferredResult的這個特性對實現(xiàn)服務(wù)端推技術(shù)、訂單過期時間處理、長輪詢、模擬MQ的功能等高級應(yīng)用非常重要。

關(guān)于DeferredResult的使用先來看一下官方的例子和說明：

@RequestMapping("/quotes") @ResponseBody public DeferredResult<String> quotes() {   DeferredResult<String> deferredResult = new DeferredResult<String>();   // Save the deferredResult in in-memory queue ...   return deferredResult; }  // In some other thread... deferredResult.setResult(data);

上述示例中我們可以發(fā)現(xiàn)DeferredResult的調(diào)用并不一定在Spring MVC當中，它可以是別的線程。官方的解釋也是如此：

In this case the return value will also be produced from a separate thread.  However, that thread is not known to Spring MVC. For example the result may be  produced in response to some external event such as a JMS message, a scheduled  task, etc.

也就是說，DeferredResult返回的結(jié)果也可能是由MQ、定時任務(wù)或其他線程觸發(fā)。來個實例：

@Controller @RequestMapping("/async/controller") public class AsyncHelloController {      private List<DeferredResult<String>> deferredResultList = new ArrayList<>();      @ResponseBody     @GetMapping("/hello")     public DeferredResult<String> helloGet() throws Exception {         DeferredResult<String> deferredResult = new DeferredResult<>();          //先存起來，等待觸發(fā)         deferredResultList.add(deferredResult);         return deferredResult;     }      @ResponseBody     @GetMapping("/setHelloToAll")     public void helloSet() throws Exception {         // 讓所有hold住的請求給與響應(yīng)         deferredResultList.forEach(d -> d.setResult("say hello to all"));     } }

第一個請求/hello，會先將deferredResult存起來，前端頁面是一直等待(轉(zhuǎn)圈)狀態(tài)。直到發(fā)第二個請求：setHelloToAll，所有的相關(guān)頁面才會有響應(yīng)。

整個執(zhí)行流程如下：

• controller返回一個DeferredResult，把它保存到內(nèi)存里或者List里面(供后續(xù)訪問);

• Spring  MVC調(diào)用request.startAsync()，開啟異步處理;與此同時將DispatcherServlet里的攔截器、Filter等等都馬上退出主線程，但是response仍然保持打開的狀態(tài);

• 應(yīng)用通過另外一個線程(可能是MQ消息、定時任務(wù)等)給DeferredResult#setResult值。然后SpringMVC會把這個請求再次派發(fā)給servlet容器;

• DispatcherServlet再次被調(diào)用，然后處理后續(xù)的標準流程;

通過上述流程可以發(fā)現(xiàn)：利用DeferredResult可實現(xiàn)一些長連接的功能，比如當某個操作是異步時，可以先保存對應(yīng)的DeferredResult對象，當異步通知回來時，再找到這個DeferredResult對象，在setResult處理結(jié)果即可。從而提高性能。

SpringBoot中的異步實現(xiàn)

在SpringBoot中將一個方法聲明為異步方法非常簡單，只需兩個注解即可@EnableAsync和@Async。其中@EnableAsync用于開啟SpringBoot支持異步的功能，用在SpringBoot的啟動類上。@Async用于方法上，標記該方法為異步處理方法。

需要注意的是@Async并不支持用于被@Configuration注解的類的方法上。同一個類中，一個方法調(diào)用另外一個有@Async的方法，注解也是不會生效的。

@EnableAsync的使用示例：

@SpringBootApplication @EnableAsync public class App {      public static void main(String[] args) {         SpringApplication.run(App.class, args);     } }

@Async的使用示例：

@Service public class SyncService {          @Async     public void asyncEvent() {         // 業(yè)務(wù)處理     } }

@Async注解的使用與Callable有類似之處，在默認情況下使用的都是SimpleAsyncTaskExecutor線程池，可參考Callable中的方式來自定義線程池。

下面通過一個實例來驗證一下，啟動類上使用@EnableAsync，然后定義Controller類：

@RestController public class IndexController {          @Resource     private UserService userService;          @RequestMapping("/async")     public String async(){         System.out.println("--IndexController--1");         userService.sendSms();         System.out.println("--IndexController--4");         return "success";     } }

定義Service及異步方法：

@Service public class UserService {      @Async     public void sendSms(){         System.out.println("--sendSms--2");         IntStream.range(0, 5).forEach(d -> {             try {                 Thread.sleep(1000);             } catch (InterruptedException e) {                 e.printStackTrace();             }         });         System.out.println("--sendSms--3");     } }

如果先注釋掉@EnableAsync和@Async注解，即正常情況下的業(yè)務(wù)請求，打印日志為：

--IndexController--1 --sendSms--2 --sendSms--3 --IndexController--4

使用@EnableAsync和@Async注解時，打印日志如下：

--IndexController--1 --IndexController--4 --sendSms--2 --sendSms--3

通過日志的對比我們可以看出，使用了@Async的方法，會被當成一個子線程。所以，整個sendSms方法會在主線程執(zhí)行完了之后執(zhí)行。

這樣的效果是不是跟我們上面使用的其他形式的異步異曲同工?所以在文章最開始已經(jīng)說到，網(wǎng)絡(luò)上所謂的“異步調(diào)用與異步請求的區(qū)別”是并不存儲在的，本質(zhì)上都是一回事，只不過實現(xiàn)形式不同而已。這里所提到異步方法，也就是將方法進行異步處理而已。

@Async、WebAsyncTask、Callable、DeferredResult的區(qū)別

所在的包不同：

• @Async：org.springframework.scheduling.annotation;

• WebAsyncTask：org.springframework.web.context.request.async;

• Callable：java.util.concurrent;

• DeferredResult：org.springframework.web.context.request.async;

通過所在的包，我們應(yīng)該隱隱約約感到一些區(qū)別，比如@Async是位于scheduling包中，而WebAsyncTask和DeferredResult是用于Web(Spring  MVC)的，而Callable是用于concurrent(并發(fā))處理的。

對于Callable，通常用于Controller方法的異步請求，當然也可以用于替換Runable的方式。在方法的返回上與正常的方法有所區(qū)別：

// 普通方法 public String aMethod(){ }  // 對照Callable方法 public Callable<String>  aMethod(){ }

而WebAsyncTask是對Callable的封裝，提供了一些事件回調(diào)的處理，本質(zhì)上區(qū)別不大。

DeferredResult使用方式與Callable類似，重點在于跨線程之間的通信。

@Async也是替換Runable的一種方式，可以代替我們自己創(chuàng)建線程。而且適用的范圍更廣，并不局限于Controller層，而可以是任何層的方法上。

當然，大家也可以從返回結(jié)果，異常處理等角度來分析一下，這里就不再展開了。

小結(jié)

經(jīng)過上述的一步步分析，大家應(yīng)該對于Servlet3.0及Spring中對異步處理有所了解。當了解了這些基礎(chǔ)理論，實戰(zhàn)實例，使用方法及注意事項之后，想必更能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)上的相關(guān)知識能夠進一步的去偽存真。

盡信書則不如無書，帶大家一起學習，一起研究，一起去偽存真，追求真正有用的知識。

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