Async 使用详解

Spring Boot异步调用@Async

在实际开发中，有时候为了及时处理请求和进行响应，我们可能会多任务同时执行，或者先处理主任务，也就是异步调用，异步调用的实现有很多，例如多线程、定时任务、消息队列等，

一、普通串行执行演示

1.1任务类

假设有三个任务需要处理我们在平时开发中，会按照逻辑顺序依次编写代码；

@Component
public class Task {

    public static Random random =new Random();

    public void doTaskOne() throws Exception {
        System.out.println("开始做任务一");
        long start = System.currentTimeMillis();
        Thread.sleep(random.nextInt(10000));
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("完成任务一，耗时：" + (end - start) + "毫秒");
    }

    public void doTaskTwo() throws Exception {
        System.out.println("开始做任务二");
        long start = System.currentTimeMillis();
        Thread.sleep(random.nextInt(5000));
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("完成任务二，耗时：" + (end - start) + "毫秒");
    }

    public void doTaskThree() throws Exception {
        System.out.println("开始做任务三");
        long start = System.currentTimeMillis();
        Thread.sleep(random.nextInt(10000));
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("完成任务三，耗时：" + (end - start) + "毫秒");
    }
}

1.2 测试类

@SpringBootTest
class ApplicationTests {

    @Test
    void contextLoads() {
    }
    @Autowired
    private Task task;

    @Test
    public void test() throws Exception {
        task.doTaskOne();
        task.doTaskTwo();
        task.doTaskThree();
    }
}

1.3运行结果及分析

观察结果发现，先调用的任务一，任务一执行完成才能开始任务二，任务二完成才能执行任务三；这种串行话的执行程序在实际开发中并没以后任务问题

假如有这样一个功能，任务二是发送邮件，任务三是发送短信，实际开发中这两个任务互补干扰；谁先谁后都都可以，如果是串行操作是不是有点效率低了！最好的办法可以让这两个任务并行操作
实现异步的方式：

• 1、使用多线程，在主线程中分别给任务一，任务二另起一个线程来执行任务
• 2、使用@Async注解实现异步

二、@Async使用演示

2.1 在启动类上添加@EnableAsync开启异步

@Async是Spring内置注解，用来处理异步任务，在SpringBoot中同样适用，且在SpringBoot项目中，除了boot本身的starter外，不需要额外引入依赖。
而要使用@Async，需要在 启动类上加上@EnableAsync主动声明来开启异步方法。

@SpringBootApplication
@EnableAsync
public class Application {

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

}

2.2 编写任务类，在任务方法添加@Async

@Component
public class TaskAsync {
    public static Random random = new Random();

    @Async
    public void doTaskOne() throws Exception {
        System.out.println("开始做任务一");
        long start = System.currentTimeMillis();
        Thread.sleep(random.nextInt(10000));
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("完成任务一，耗时：" + (end - start) + "毫秒");
    }

    @Async
    public void doTaskTwo() throws Exception {
        System.out.println("开始做任务二");
        long start = System.currentTimeMillis();
        Thread.sleep(random.nextInt(10000));
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("完成任务二，耗时：" + (end - start) + "毫秒");
    }

    @Async
    public void doTaskThree() throws Exception {
        System.out.println("开始做任务三");
        long start = System.currentTimeMillis();
        Thread.sleep(random.nextInt(10000));
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("完成任务三，耗时：" + (end - start) + "毫秒");
    }
}

2.3测试类

@SpringBootTest
class ApplicationTests {

    @Test
    void contextLoads() {
    }
    @Autowired
    private Task task;
    @Autowired
    private TaskAsync taskAsync;

    @Test
    public void test() throws Exception {
        task.doTaskOne();
        task.doTaskTwo();
        task.doTaskThree();
    }

    @Test
    public void taskAsynctest() throws Exception {
        try {
            long start = System.currentTimeMillis();
            taskAsync.doTaskOne();
            taskAsync.doTaskTwo();
            taskAsync.doTaskThree();
            Thread.sleep(10000);
            long end = System.currentTimeMillis();
            System.out.println("end = " + (end - start)/1000f);

        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
    }
}

2.3 多次运行观察结果

然后我们在运行测试类，这个时候输出可能就五花八门了，任意任务都可能先执行完成，也有可能有的方法因为主程序关闭而没有输出。

2.4总结

使用 @Async可以实现程序的异步执行，完成程序优化；但实际使用中需要注意异步失效问题：
被调用方法和调用方法处理同一个类中会导致异步失效

• 同一个类中。 失效的代码

class TestService {
    void a() { 
      this.b();
    }
	
    @Async
    void b(){}
}

• 正常的代码

class TestService {
    void a(){ 
       BService.b();
    }
}

class BService() {
    @Async
    void b(){}
}

从@Async案例找到Spring框架的bug：exposeProxy=true不生效原因大剖析+最佳解决方案

三、@Async + 线程池使用

@Async 异步方法默认使用 Spring 创建 ThreadPoolTaskExecutor (参考TaskExecutionAutoConfiguration)，其中默认核心线程数为 8，默认最大队列和默认最大线程数都是 Integer.MAX_VALUE。创建新线程的条件是队列填满时，而这样的配置队列永远不会填满，如果有 @Async 注解标注的方法长期占用线程 (比如 HTTP 长连接等待获取结果)，在核心 8 个线程数占用满了之后，新的调用就会进入队列，外部表现为没有执行。

我们可以自定义一个线程池，线程数的设定需要考虑一下要执行的任务是 IO 密集型任务，还是 CPU 密集型任务。对于 CPU 密集型任务，如 CPU 核数 + 1；对于 IO 密集型任务，由于 IO 密集型任务线程并不是一直在执行任务，则应配置尽可能多的线程，如 CPU 核数 * 2。

3.1线程池配置类

接下来给出一个 IO 密集型任务的线程池配置代码

import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.scheduling.concurrent.ThreadPoolTaskExecutor;

import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;

@Configuration
public class ThreadPoolConfig {

    /**
     * 核心线程数
     */
    private static final int CORE_POOL_SIZE = Runtime.getRuntime().availableProcessors() * 2;

    /**
     * 最大线程数
     */
    private static final int MAX_POOL_SIZE = CORE_POOL_SIZE * 4 < 256 ? 256 : CORE_POOL_SIZE * 4;

    /**
     * 允许线程空闲时间（单位为秒）
     */
    private static final int KEEP_ALIVE_TIME = 10;

    /**
     * 缓冲队列数
     */
    private static final int QUEUE_CAPACITY = 200;

    /**
     * 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
     */
    private static final int AWAIT_TERMINATION = 60;

    /**
     * 用来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
     */
    private static final Boolean WAIT_FOR_TASKS_TO_COMPLETE_ON_SHUTDOWN = true;

    /**
     * 线程池名前缀
     */
    private static final String THREAD_NAME_PREFIX = "Spider-ThreadPool-";


    @Bean("spiderTaskExecutor")
    public ThreadPoolTaskExecutor spiderTaskExecutor () {
        ThreadPoolTaskExecutor taskExecutor = new ThreadPoolTaskExecutor();
        taskExecutor.setCorePoolSize(CORE_POOL_SIZE);
        taskExecutor.setMaxPoolSize(MAX_POOL_SIZE);
        taskExecutor.setKeepAliveSeconds(KEEP_ALIVE_TIME);
        taskExecutor.setQueueCapacity(QUEUE_CAPACITY);
        taskExecutor.setThreadNamePrefix(THREAD_NAME_PREFIX);
        taskExecutor.setWaitForTasksToCompleteOnShutdown(WAIT_FOR_TASKS_TO_COMPLETE_ON_SHUTDOWN);
        taskExecutor.setAwaitTerminationSeconds(AWAIT_TERMINATION);
        /**
         * 拒绝策略 => 当pool已经达到max size的时候，如何处理新任务
         * CALLER_RUNS：不在新线程中执行任务，而是由调用者所在的线程来执行
         * AbortPolicy：直接抛出异常，这是默认策略；
         * DiscardOldestPolicy：丢弃阻塞队列中靠最前的任务，并执行当前任务；
         * DiscardPolicy：直接丢弃任务；
         */
        taskExecutor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
        taskExecutor.initialize();
        return taskExecutor;
    }

}

3.2 修改任务类

在任务类中的方法上添加@Async("spiderTaskExecutor")

@Component
public class TaskAsync {
    public static Random random = new Random();

    @Async("spiderTaskExecutor")
    public void doTaskOne() throws Exception {
        System.out.println("开始做任务一");
        long start = System.currentTimeMillis();
        Thread.sleep(random.nextInt(10000));
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("完成任务一，耗时：" + (end - start) + "毫秒");
    }

    @Async("spiderTaskExecutor")
    public void doTaskTwo() throws Exception {
        System.out.println("开始做任务二");
        long start = System.currentTimeMillis();
        Thread.sleep(random.nextInt(10000));
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("完成任务二，耗时：" + (end - start) + "毫秒");
    }

    @Async("spiderTaskExecutor")
    public void doTaskThree() throws Exception {
        System.out.println("开始做任务三");
        long start = System.currentTimeMillis();
        Thread.sleep(random.nextInt(10000));
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("完成任务三，耗时：" + (end - start) + "毫秒");
    }
}

最后补充一些知识，要合理的控制线程数（比如采集订单信息的同时要采集订单详情和文章信息，订单详情和文章信息可以合并在一个线程中处理），不要滥用。需要考虑什么时候使用 MQ，什么时候开启线程异步处理。推荐一个分析 jstack 文件的工具，IBM Thread and Monitor Dump Analyzer for Java，分析一下正在运行、发生死锁、等待、阻塞的线程。

四 获取异步执行结果

上面演示了@Async，但是有时候除了需要任务并发调度外，我们还需要获取任务的返回值，且在多任务都执行完成后再结束主任务，这个时候又该怎么处理呢？
CompletableFuture使用详解

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