SpringBoot如何實(shí)現(xiàn)異步處理四種方式分享

忽而相遇 2021-08-11 11:57:42 瀏覽數(shù) (10337)

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本篇文章我們以SpringBoot中異步的使用（包括：異步調(diào)用和異步方法兩個(gè)維度）來進(jìn)行講解，SpringBoot異步處理的四種實(shí)現(xiàn)方式，供大家學(xué)習(xí)參考。

異步請(qǐng)求與同步請(qǐng)求

我們先通過一張圖來區(qū)分一下異步請(qǐng)求和同步請(qǐng)求的區(qū)別：

在上圖中有三個(gè)角色：客戶端、Web容器和業(yè)務(wù)處理線程。

兩個(gè)流程中客戶端對(duì)Web容器的請(qǐng)求，都是同步的。因?yàn)樗鼈冊(cè)谡?qǐng)求客戶端時(shí)都處于阻塞等待狀態(tài)，并沒有進(jìn)行異步處理。

在Web容器部分，第一個(gè)流程采用同步請(qǐng)求，第二個(gè)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(qǐng)求的線程與相關(guān)資源，減輕系統(tǒng)負(fù)擔(dān)，從而增加了服務(wù)器對(duì)客戶端請(qǐng)求的吞吐量。但并發(fā)請(qǐng)求量較大時(shí)，通常會(huì)通過負(fù)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(qǐng)求，即每一次Http請(qǐng)求都由一個(gè)線程從頭到尾處理。當(dāng)涉及到耗時(shí)操作時(shí)，性能問題便比較明顯。

Servlet 3.0中提供了異步處理請(qǐng)求。可以先釋放容器分配給請(qǐng)求的線程與相關(guān)資源，減輕系統(tǒng)負(fù)擔(dān)，從而增加服務(wù)的吞吐量。

Servlet 3.0的異步是通過AsyncContext對(duì)象來完成的，它可以從當(dāng)前線程傳給另一個(gè)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(duì)象可以從HttpServletRequest中獲?。?/p>

@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(shí)時(shí)間。通常，超時(shí)時(shí)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(shí)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(shí)調(diào)用
    void onComplete(AsyncEvent var1) throws IOException;
    // 異步線程執(zhí)行超時(shí)調(diào)用
    void onTimeout(AsyncEvent var1) throws IOException;
    // 異步線程出錯(cuò)時(shí)調(diào)用
    void onError(AsyncEvent var1) throws IOException;
    // 異步線程開始時(shí)調(diào)用
    void onStartAsync(AsyncEvent var1) throws IOException;
}

通常，異?；虺瑫r(shí)時(shí)返回調(diào)用方錯(cuò)誤信息，而異常時(shí)會(huì)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(shí)現(xiàn)異步請(qǐng)求

下面直接看一個(gè)基于Servlet方式的異步請(qǐng)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(shí)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(shí)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(cuò)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(shí)時(shí)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(qǐng)求完成通知，整個(gè)請(qǐng)求完成
            asyncContext.complete();
        }
    });
    //此時(shí)request的線程連接已經(jīng)釋放了
    System.out.println("主線程：" + Thread.currentThread().getName());
}

啟動(dòng)項(xiàng)目，訪問對(duì)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(duì)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(shí)現(xiàn)異步請(qǐng)求

基于Spring可以通過Callable、DeferredResult或者WebAsyncTask等方式實(shí)現(xiàn)異步請(qǐng)求。

基于Callable實(shí)現(xiàn)

對(duì)于一次請(qǐng)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(qǐng)求重新派發(fā)給容器(再重新請(qǐng)求一次/email)，恢復(fù)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(shí)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(duì)應(yīng)URL，控制臺(tái)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(jìn)行執(zhí)行。同時(shí)，URL返回結(jié)果“success”。這也說明一個(gè)問題，服務(wù)器端的異步處理對(duì)客戶端來說是不可見的。

Callable默認(rèn)使用SimpleAsyncTaskExecutor類來執(zhí)行，這個(gè)類非常簡(jiǎn)單而且沒有重用線程。在實(shí)踐中，需要使用AsyncTaskExecutor類來對(duì)線程進(jìn)行配置。

這里通過實(shí)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(duì)拒絕任務(wù)（無線程可用）的處理策略，目前只支持AbortPolicy、CallerRunsPolicy；默認(rèn)為后者
        taskExecutor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
        taskExecutor.initialize();
        return taskExecutor;
    }

    @Override
    public void configureAsyncSupport(final AsyncSupportConfigurer configurer) {
        // 處理callable超時(shí)
        configurer.setDefaultTimeout(60 * 1000);
        configurer.setTaskExecutor(myThreadPoolTaskExecutor);
        configurer.registerCallableInterceptors(timeoutCallableProcessingInterceptor());
    }

    @Bean
    public TimeoutCallableProcessingInterceptor timeoutCallableProcessingInterceptor() {
        return new TimeoutCallableProcessingInterceptor();
    }
}

為了驗(yàn)證打印的線程，我們將實(shí)例代碼中的System.out.println替換成日志輸出，會(huì)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(shí)現(xiàn)

Spring提供的WebAsyncTask是對(duì)Callable的包裝，提供了更強(qiáng)大的功能，比如：處理超時(shí)回調(diào)、錯(cuò)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(duì)應(yīng)請(qǐng)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(shí)現(xiàn)

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

DeferredResult的這個(gè)特性對(duì)實(shí)現(xiàn)服務(wù)端推技術(shù)、訂單過期時(shí)間處理、長(zhǎng)輪詢、模擬MQ的功能等高級(jí)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(dāng)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(shí)任務(wù)或其他線程觸發(fā)。來個(gè)實(shí)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(qǐng)求給與響應(yīng)
        deferredResultList.forEach(d -> d.setResult("say hello to all"));
    }
}

第一個(gè)請(qǐng)求/hello，會(huì)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(gè)請(qǐng)求：setHelloToAll，所有的相關(guān)頁面才會(huì)有響應(yīng)。

整個(gè)執(zhí)行流程如下：

controller返回一個(gè)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(shí)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(gè)線程（可能是MQ消息、定時(shí)任務(wù)等）給DeferredResult#setResult值。然后SpringMVC會(huì)把這個(gè)請(qǐng)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(biāo)準(zhǔn)流程；

通過上述流程可以發(fā)現(xiàn)：利用DeferredResult可實(shí)現(xiàn)一些長(zhǎng)連接的功能，比如當(dāng)某個(gè)操作是異步時(shí)，可以先保存對(duì)應(yīng)的DeferredResult對(duì)象，當(dāng)異步通知回來時(shí)，再找到這個(gè)DeferredResult對(duì)象，在setResult處理結(jié)果即可。從而提高性能。

SpringBoot中的異步實(shí)現(xiàn)

在SpringBoot中將一個(gè)方法聲明為異步方法非常簡(jiǎn)單，只需兩個(gè)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(dòng)類上。@Async用于方法上，標(biāo)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(gè)類中，一個(gè)方法調(diào)用另外一個(gè)有@Async的方法，注解也是不會(huì)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(rèn)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(gè)實(shí)例來驗(yàn)證一下，啟動(dòng)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(qǐng)求，打印日志為：

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

使用@EnableAsync和@Async注解時(shí)，打印日志如下：

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

通過日志的對(duì)比我們可以看出，使用了@Async的方法，會(huì)被當(dāng)成一個(gè)子線程。所以，整個(gè)sendSms方法會(huì)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(qǐng)求的區(qū)別”是并不存儲(chǔ)在的，本質(zhì)上都是一回事，只不過實(shí)現(xiàn)形式不同而已。這里所提到異步方法，也就是將方法進(jìn)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(duì)于Callable，通常用于Controller方法的異步請(qǐng)求，當(dāng)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(duì)照Callable方法
public Callable<String>  aMethod(){
}

而WebAsyncTask是對(duì)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(diǎn)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(dāng)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(duì)于Servlet3.0及Spring中對(duì)異步處理有所了解。當(dāng)了解了這些基礎(chǔ)理論，實(shí)戰(zhàn)實(shí)例，使用方法及注意事項(xiàng)之后，想必更能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)上的相關(guān)知識(shí)能夠進(jìn)一步的去偽存真。

本篇文章關(guān)于SpringBoot中異步處理的四種實(shí)現(xiàn)方式詳細(xì)內(nèi)容的文章就介紹結(jié)束了，想要了解更多關(guān)于SpringBoot異步的內(nèi)容，可以多多關(guān)注W3Cschool相關(guān)文章。如果覺得本篇文章還不錯(cuò)，還希望大家多多支持！

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