Spring Boot(5) @Async异步线程池详解

很多业务场景需要使用异步去完成，比如：发送短信通知。要完成异步操作一般有两种：

1、消息队列MQ

2、线程池处理。

我们来看看Spring框架中如何去使用线程池来完成异步操作，以及分析背后的原理。

 

一. Spring异步线程池的接口类 ：TaskExecutor

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在Spring4中，Spring中引入了一个新的注解@Async，这个注解让我们在使用Spring完成异步操作变得非常方便。

Spring异步线程池的接口类，其实质是java.util.concurrent.Executor

Spring 已经实现的异常线程池： 
1. 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。 
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，

关于java-多线程和线程池：https://guisu.blog.csdn.net/article/details/7945539

我们查看ThreadPoolExecutor初始化的源码就知道使用ThreadPoolExecutor。

 

二、简单使用说明

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Spring中用@Async注解标记的方法，称为异步方法。在spring boot应用中使用@Async很简单：
1、调用异步方法类上或者启动类加上注解@EnableAsync
2、在需要被异步调用的方法外加上@Async
3、所使用的@Async注解方法的类对象应该是Spring容器管理的bean对象；

 启动类加上注解@EnableAsync：

import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
import org.springframework.scheduling.annotation.EnableAsync;

@SpringBootApplication
@EnableAsync
public class CollectorApplication {

	public static void main(String[] args) throws Exception {
		SpringApplication.run(CollectorApplication.class, args);
	}
}

在需要被异步调用的方法外加上@Async，同时类AsyncService加上注解@Service或者@Component，使其对象成为Spring容器管理的bean对象；

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.scheduling.annotation.Async;
import org.springframework.stereotype.Component;
import org.springframework.transaction.annotation.Transactional;

@Service
@Transactional
public class AsyncService {
    @Async
    public void asyncMethod(String s) {
        System.out.println("receive:" + s);
    }

    public void test() {
        System.out.println("test");
        asyncMethod();//同一个类里面调用异步方法
    }
    @Async
    public void test2() {
        AsyncService asyncService  = context.getBean(AsyncService.class);
        asyncService.asyncMethod();//异步
    }
    /**
     * 异布调用返回Future
     */
    @Async
    public Future asyncInvokeReturnFuture(int i) {
        System.out.println("asyncInvokeReturnFuture, parementer="+ i);
        Future future;
        try {
            Thread.sleep(1000 * 1);
            future = new AsyncResult("success:" + i);
        } catch (InterruptedException e) {
            future = new AsyncResult("error");
        }
        return future;
    }
}

//异步方法和普通的方法调用相同
asyncService.asyncMethod("123");
Future future = asyncService.asyncInvokeReturnFuture(100);
System.out.println(future.get());

如果将一个类声明为异步类@Async，那么这个类对外暴露的方法全部成为异步方法。 

@Async
@Service
public class AsyncClass {
    public AsyncClass() {
        System.out.println("----init AsyncClass----");
    }
    volatile int index = 0;
    public void foo() {
        System.out.println("asyncclass foo, index:" + index);
       
    }
    public void foo(int i) {
        this.index = i;
        System.out.println("asyncclass foo, index:" + i);
    }
    public void bar(int i) {
        this.index = i;
        System.out.println("asyncclass bar, index:" + i);
    }
}

这里需要注意的是：

1、同一个类里面调用异步方法不生效：原因默认类内的方法调用不会被aop拦截，即调用方和被调用方是在同一个类中，是无法产生切面的，该对象没有被Spring容器管理。即@Async方法不生效。

解决办法：如果要使同一个类中的方法之间调用也被拦截，需要使用spring容器中的实例对象，而不是使用默认的this，因为通过bean实例的调用才会被spring的aop拦截
 本例使用方法：AsyncService asyncService  = context.getBean(AsyncService.class);     然后使用这个引用调用本地的方法即可达到被拦截的目的
备注：这种方法只能拦截protected，default，public方法，private方法无法拦截。这个是spring aop的一个机制。

2、如果不自定义异步方法的线程池默认使用SimpleAsyncTaskExecutor。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。并发大的时候会产生严重的性能问题。
3、异步方法返回类型只能有两种：void和java.util.concurrent.Future。
      1）当返回类型为void的时候，方法调用过程产生的异常不会抛到调用者层面，
            可以通过注AsyncUncaughtExceptionHandler来捕获此类异常
      2）当返回类型为Future的时候，方法调用过程产生的异常会抛到调用者层面

 

三、定义通用线程池

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1、定义线程池

在Spring Boot主类中定义一个线程池，public Executor taskExecutor() 方法用于自定义自己的线程池，线程池前缀”taskExecutor-”。如果不定义，则使用系统默认的线程池。

@SpringBootApplication
public class Application {

    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(Application.class, args);
    }

    @EnableAsync
    @Configuration
    class TaskPoolConfig {

        @Bean
        public Executor taskExecutor1() {
            ThreadPoolTaskExecutor pool = new ThreadPoolTaskExecutor();
            pool.setCorePoolSize(5); //线程池活跃的线程数
            pool.setMaxPoolSize(10); //线程池最大活跃的线程数
            pool.setWaitForTasksToCompleteOnShutdown(true);
            pool.setThreadNamePrefix("defaultExecutor");
            return pool;
        }

        @Bean("taskExecutor")
        public Executor taskExecutor2() {
            ThreadPoolTaskExecutor executor = new ThreadPoolTaskExecutor();
            executor.setCorePoolSize(10);
            executor.setMaxPoolSize(20);
            executor.setQueueCapacity(200);
            executor.setKeepAliveSeconds(60);
            executor.setThreadNamePrefix("taskExecutor-");
            executor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
            executor.setWaitForTasksToCompleteOnShutdown(true);
            executor.setAwaitTerminationSeconds(60);
            return executor;
        }
    }
}

上面我们通过ThreadPoolTaskExecutor创建了一个线程池，同时设置了如下参数：

• 核心线程数10：线程池创建时初始化的线程数
• 最大线程数20：线程池最大的线程数，只有在缓冲队列满了之后才会申请超过核心线程数的线程
• 缓冲队列200：用来缓冲执行任务的队列
• 允许线程的空闲时间60秒：超过了核心线程数之外的线程，在空闲时间到达之后会被销毁
• 线程池名的前缀：设置好了之后可以方便我们定位处理任务所在的线程池
• 线程池对拒绝任务的处理策略：此处采用了CallerRunsPolicy策略，当线程池没有处理能力的时候，该策略会直接在execute方法的调用线程中运行被拒绝的任务；如果执行程序已被关闭，则会丢弃该任务
• 设置线程池关闭的时候等待所有任务都完成再继续销毁其他的Bean
• 设置线程池中任务的等待时间，如果超过这个时候还没有销毁就强制销毁，以确保应用最后能够被关闭，而不是阻塞住

也可以单独类来配置线程池：

import org.springframework.beans.factory.annotation.Value;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.scheduling.annotation.EnableAsync;
import org.springframework.scheduling.concurrent.ThreadPoolTaskExecutor;
import java.util.concurrent.Executor;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;


/**
 * Created by huangguisu on 2020/6/10.
 */

@Configuration
@EnableAsync
public class MyThreadPoolConfig {

    private static final int CORE_POOL_SIZE = 10;

    private static final int MAX_POOL_SIZE = 20;

    private static final int QUEUE_CAPACITY = 200;

    public static final String BEAN_EXECUTOR = "bean_executor";

    /**
     * 事件和情感接口线程池执行器配置
     * @return 事件和情感接口线程池执行器bean
     *
     */
    @Bean(BEAN_EXECUTOR)
    public Executor executor() {
        ThreadPoolTaskExecutor executor = new ThreadPoolTaskExecutor();
        executor.setCorePoolSize(CORE_POOL_SIZE);
        executor.setMaxPoolSize(MAX_POOL_SIZE);
        // 设置队列容量
        executor.setQueueCapacity(QUEUE_CAPACITY);
        // 设置线程活跃时间(秒)
        executor.setKeepAliveSeconds(60);
        executor.setThreadNamePrefix("SE-Pool#Task");
        // 设置拒绝策略
        executor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
        executor.initialize();
        return executor;
    }
}

同时注意需要在配置类上添加@EnableAsync，当然也可以在启动类上添加，表示开启spring的@@Async

 

2、异步方法使用线程池

只需要在@Async注解中指定线程池名即可

@Component
public class Task {
    //默认使用线程池
    @Async
    public void doTaskOne() throws Exception {
        System.out.println("开始做任务");
        long start = System.currentTimeMillis();
        Thread.sleep(random.nextInt(10000));
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("完成任务耗时：" + (end - start) + "毫秒");
    }
   //根据Bean Name指定特定线程池
    @Async("taskExecutor")
    public void doTaskOne() throws Exception {
        System.out.println("开始做任务");
        long start = System.currentTimeMillis();
        Thread.sleep(random.nextInt(10000));
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("完成任务耗时：" + (end - start) + "毫秒");
    }
}

3、通过xml配置定义线程池

Bean文件配置: spring_async.xml
1. 线程的前缀为xmlExecutor
2. 启动异步线程池配置

启动类导入xml文件：

@SpringBootApplication
@ImportResource("classpath:/async/spring_async.xml")
public class AsyncApplicationWithXML {
    private static final Logger log = LoggerFactory.getLogger(AsyncApplicationWithXML.class);
 
    public static void main(String[] args) {
        log.info("Start AsyncApplication.. ");
        SpringApplication.run(AsyncApplicationWithXML.class, args);
    }

}

线程池参数说明 

1. ‘id’ ： 线程的名称的前缀
2. ‘pool-size’：线程池的大小。支持范围”min-max”和固定值（此时线程池core和max sizes相同）
3. ‘queue-capacity’ ：排队队列长度
4. ‘rejection-policy’: 对拒绝的任务处理策略
5. ‘keep-alive’ ： 线程保活时间（单位秒）

 

四、异常处理

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上面也提到：在调用方法时，可能出现方法中抛出异常的情况。在异步中主要有有两种异常处理方法：
1. 对于方法返回值是Futrue的异步方法:
      a) 、一种是在调用future的get时捕获异常;
      b)、 在异常方法中直接捕获异常
2. 对于返回值是void的异步方法：通过AsyncUncaughtExceptionHandler处理异常

@Component
public class AsyncException {

     /**
     * 带参数的异步调用 异步方法可以传入参数
     *  对于返回值是void，异常会被AsyncUncaughtExceptionHandler处理掉
     * @param s
     */
    @Async
    public void asyncInvokeWithException(String s) {
        log.info("asyncInvokeWithParameter, parementer={}", s);
        throw new IllegalArgumentException(s);
    }


    /**
     *  异常调用返回Future
     *  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
     *  或者在调用方在调用Futrue.get时捕获异常进行处理
     *
     * @param i
     * @return
     */
    @Async
    public Future asyncInvokeReturnFuture(int i) {
        System.out.println("asyncInvokeReturnFuture, parementer={}", i);
        Future future;
        try {
            Thread.sleep(1000 * 1);
            future = new AsyncResult("success:" + i);
            throw new IllegalArgumentException("a");
        } catch (InterruptedException e) {
            future = new AsyncResult("error");
        } catch(IllegalArgumentException e){
            future = new AsyncResult("error-IllegalArgumentException");
        }
        return future;
    }

}

实现AsyncConfigurer接口对异常线程池更加细粒度的控制
a) 创建线程自己的线程池
b) 对void方法抛出的异常处理的类AsyncUncaughtExceptionHandler

@Service
public class MyAsyncConfigurer implements AsyncConfigurer{
    @Override
    public Executor getAsyncExecutor() {
        ThreadPoolTaskExecutor threadPool = new ThreadPoolTaskExecutor();
        threadPool.setCorePoolSize(1);
        threadPool.setMaxPoolSize(1);
        threadPool.setWaitForTasksToCompleteOnShutdown(true);
        threadPool.setAwaitTerminationSeconds(60 * 15);
        threadPool.setThreadNamePrefix("MyAsync-");
        threadPool.initialize();
        return threadPool;
    }

    @Override
    public AsyncUncaughtExceptionHandler getAsyncUncaughtExceptionHandler() {
        return new MyAsyncExceptionHandler();
    }

    /**
     * 自定义异常处理类
     */
    class MyAsyncExceptionHandler implements AsyncUncaughtExceptionHandler {

        @Override
        public void handleUncaughtException(Throwable throwable, Method method, Object... obj) {
            System.out.println("Exception message - " + throwable.getMessage());
            System.out.println("Method name - " + method.getName());
            for (Object param : obj) {
                System.out.println("Parameter value - " + param);
            }
        }

    }

}

五、问题

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上面也提到：如果不自定义异步方法的线程池默认使用SimpleAsyncTaskExecutor。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。并发大的时候会产生严重的性能问题。

一般的错误OOM：OutOfMemoryError：unable to create new native thread，创建线程数量太多，占用内存过大.

解决办法：一般最好使用自定义线程池，做一些特殊策略, 比如自定义拒绝策略，如果队列满了，则拒绝处理该任务。