一文掌握SpringBoot注解之@Async知识文集(3)

作者简介，普修罗双战士，一直追求不断学习和成长，在技术的道路上持续探索和实践。
多年互联网行业从业经验，历任核心研发工程师，项目技术负责人。
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SpringBoot 领域知识

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Java 注解@Async学习(3)

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01. 如何确定异步执行任务的时间是否达到预期的延迟要求？

确定异步执行任务的时间是否达到预期的延迟要求是一个常见的问题，特别是在需要进行性能优化或者对系统的响应时间有严格要求的场景。以下是几种常用的方法：

1.使用计时器和监控工具：可以使用Java中的计时器类（如java.util.Timer）来测量任务的执行时间。在任务开始执行时启动计时器，在任务完成时停止计时器，然后比较实际执行时间和预期延迟时间的差异。也可以使用Java中的JMX（Java Management Extensions）来监控执行任务的时间。通过这些工具，可以实时监测任务的执行时间，并进行必要的调整和优化。

2.日志记录和分析：在异步任务中添加日志记录，记录任务的开始时间和结束时间，并将这些信息输出到日志文件中。通过分析日志文件，可以计算任务的实际执行时间，并与预期延迟时间进行比较。如果实际执行时间超过了预期延迟时间，则可能需要优化任务的实现或者调整任务的调度策略。

3.性能测试和基准测试：可以使用性能测试工具来模拟并发执行大量的异步任务，然后测量任务的平均执行时间、最大执行时间和执行时间分布等指标。通过基准测试的结果，可以评估异步任务的性能表现是否符合预期的延迟要求。

4.监控和调优工具：使用各种性能监控和调优工具，例如Java VisualVM、Java Mission Control等，来实时监控系统的性能指标、GC情况、线程状态等。通过这些工具，可以及时发现系统中的性能瓶颈和问题，并采取相应的措施进行调优。

综上所述，确定异步执行任务的时间是否达到预期的延迟要求需要结合多种方法和工具进行综合分析和评估。通过这些方法和工具，可以全面了解异步任务的执行时间情况，并及时进行调整和优化，以满足预期的延迟要求。

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02. 在 Spring Boot 应用中如何使用 Spring TaskExecutor 处理异步任务？

在 Spring Boot 应用中，可以使用 Spring 的 TaskExecutor 接口来处理异步任务。TaskExecutor 是 Spring 框架提供的一个通用的任务执行器接口，它定义了异步任务执行的标准方法。以下是在 Spring Boot 应用中如何使用 TaskExecutor 处理异步任务的步骤：

1.引入相关依赖：在 pom.xml 文件中添加 Spring 的异步任务依赖。通常来说，Spring Boot 项目中会默认包含 spring-boot-starter-async 依赖，所以一般情况下无需手动添加。

<dependencies>
    
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.bootgroupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-asyncartifactId>
    dependency>
dependencies>

2.创建异步任务方法：在 Spring Boot 应用中定义一个方法，并使用 @Async 注解将该方法标记为异步任务。

@Service
public class MyService {
    @Async
    public void asyncTask() {
        // 异步任务的具体实现代码
        System.out.println("执行异步任务");
    }
}

3.配置 TaskExecutor：在 Spring Boot 应用的配置类中，通过注解 @EnableAsync 启用异步任务功能，并配置一个 TaskExecutor Bean 来实现异步任务的执行。

@Configuration
@EnableAsync
public class AppConfig implements AsyncConfigurer {
    @Override
    public Executor getAsyncExecutor() {
        ThreadPoolTaskExecutor executor = new ThreadPoolTaskExecutor();
        executor.setCorePoolSize(5); // 设置核心线程数
        executor.setMaxPoolSize(10); // 设置最大线程数
        executor.setQueueCapacity(25); // 设置队列容量
        executor.setThreadNamePrefix("MyExecutor-"); // 设置线程名前缀
        executor.initialize();
        return executor;
    }
}

在上述的配置中，我们创建了一个 ThreadPoolTaskExecutor，并指定了核心线程数、最大线程数、队列容量以及线程名前缀等参数，根据实际需求进行设置。

4.调用异步任务方法：在应用的其他地方，通过注入相关的 Service 类，调用异步任务方法即可。

@RestController
public class MyController {
    @Autowired
    private MyService myService;
    
    @GetMapping("/invoke-task")
    public String invokeTask() {
        myService.asyncTask();
        return "异步任务已触发";
    }
}

在上述示例中，当调用 /invoke-task 接口时，将触发异步任务的执行。

通过以上步骤，你就可以在 Spring Boot 应用中使用 Spring 的 TaskExecutor 处理异步任务了。注意，异步任务的执行需要配合 @EnableAsync 注解和合适的 TaskExecutor 配置。

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03. 当多个异步任务同时请求某个共享资源时，如何处理竞态条件（Race Conditions）？

竞态条件指的是多个并发线程在访问共享资源时，由于执行时序的不同而导致的程序结果不确定的情况。当多个异步任务同时请求某个共享资源时，如果没有正确地进行控制，就很容易出现竞态条件问题。

为了解决这个问题，我们可以采取以下几个方式：

1.使用同步机制。例如，Java 中的 synchronized 关键字或者 Lock 接口可以用来对共享资源进行互斥访问。在异步任务中，需要在访问共享资源的方法上添加同步关键字或者利用 Lock 接口进行互斥操作，从而保证同一时间只会有一个任务在访问该共享资源。

2.使用 Atomic 变量。Atomic 类可以保证多线程并发访问时的原子性操作，从而解决竞态条件问题。

3.使用线程安全的集合。Java 中提供了线程安全的集合类，例如 ConcurrentHashMap 和 ConcurrentLinkedQueue 等，可以用来避免多个任务访问同一共享资源时出现的竞态条件问题。

4.使用更高级别的同步机制。例如分布式锁等，可以从更高层次上保证共享资源的访问安全。

需要注意的是，在使用同步机制和线程安全的集合时，仍然需要保证所有的访问共享资源的代码路径都得到了正确的同步控制，这样才能有效地避免竞态条件问题。同时也需要注意在考虑同步机制的使用时，要避免出现死锁等其他问题。

下面是一个简单的示例，来演示如何使用同步机制来解决竞态条件问题。假设我们有一个共享变量 count，它记录了执行某个操作的次数。多个异步任务都会对这个共享变量进行加一操作，因此需要使用同步机制来保证 count 的值是正确的。

@Service
public class MyService {
    private int count = 0;

    public synchronized void incrementCount() {
        count++;
    }

    public synchronized int getCount() {
        return count;
    }
}

在这个示例中，我们使用 synchronized 关键字来修饰 incrementCount 和 getCount 方法，从而保证这两个方法在同一时间只能被一个任务访问。

另外，如果在并发环境中，需要对 count 进行原子操作的话，也可以使用 AtomicInteger 变量来替代 int 类型的 count，从而避免竞态条件问题的发生。

@Service
public class MyService {
    private AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);

    public void incrementCount() {
        count.incrementAndGet();
    }

    public int getCount() {
        return count.get();
    }
}

在这个示例中，我们使用了 AtomicInteger 类型的 count 变量，它保证了多线程并发访问时的原子性操作，从而避免了竞态条件问题的发生。

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04. 了解哪些 Spring 的异步编程扩展组件，为什么需要换用这些扩展组件？

Spring 提供了几个异步编程扩展组件，用于在应用程序中进行异步操作的处理。以下是一些常见的 Spring 异步编程扩展组件：

1.Spring MVC 的 DeferredResult 和 Callable 支持：DeferredResult 和 Callable 是 Spring MVC 中的两个异步处理机制。它们允许处理请求时，将一些任务或操作推迟到另一个线程中完成，从而释放主线程。DeferredResult 适用于在一个或多个线程上异步处理请求，并等待结果返回给客户端。Callable 则是基于 Java 标准的 Callable 和 Future 接口，使用了 Servlet 3.0 的异步特性，适用于异步处理请求并返回结果。

2.Spring 4.0 引入的 @Async 注解：@Async 注解用于将方法标记为异步执行。通过在方法上添加 @Async 注解，Spring 将会为该方法创建一个额外的线程，并在方法调用时立即返回。通过配合使用@EnableAsync注解和在配置类中配置TaskExecutor，可以更好地控制异步方法的执行线程池。

这些异步编程扩展组件的使用有以下几个好处：

• 提高应用程序的性能：通过异步执行任务，可以在后台线程中完成一些复杂或耗时的操作，从而减少主线程的负载，提高应用程序的性能。
• 提高应用程序的并发能力：异步编程可以让应用程序同时处理多个请求，提高并发能力。
• 改善用户体验：通过将一些耗时的操作放到后台线程中完成，可以让用户快速得到响应，提供更好的用户体验。
• 减少资源的占用：使用异步编程可以减少线程的创建和销毁，减少资源的占用。

需要注意的是，在使用异步编程扩展组件时，需要合理地评估任务的性质和系统的资源情况，确保异步操作的合理性和可靠性。同时，还需要考虑异常处理和线程安全等问题，以确保应用程序的正确性和稳定性。

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05. 如果有多个 @Async 注解使用相同的线程池，它们是如何保证任务的调度顺序的？

如果多个 @Async 注解使用相同的线程池，它们默认是按照调用顺序进行任务的调度。也就是说，先调用的任务会先进入线程池进行执行，后调用的任务会被排队等待执行机会。

这是因为 Spring 默认使用的是一个基于队列的任务调度器，即FIFO（先进先出）调度策略。当一个任务被添加到线程池中时，如果线程池中有可用的线程，该任务会被立即分配到一个线程中执行。如果线程池中没有可用线程，则任务会被放入队列中，等待线程池中的线程可用时再进行调度。

需要注意的是，如果同时有多个任务被提交到线程池，并且线程池中的线程数有限，那么一旦线程池中的线程数量达到上限，后续的任务将被放入队列中等待，直到线程池中的线程完成任务并空闲出来，才会开始调度队列中的任务。

如果需要自定义任务调度策略，可以在配置类中自定义一个 TaskExecutor，并使用 @EnableAsync 注解来启用异步方法的执行。在自定义的 TaskExecutor 中，可以指定自定义的调度策略，以满足具体的业务需求。例如，可以使用优先级调度策略、并发度控制等来控制任务的调度顺序。

除了默认的FIFO调度策略外，Spring还支持其他的任务调度策略，可以通过配置来进行指定。以下是一些常见的任务调度策略：

1.ThreadPoolTaskExecutor 的优先级调度：ThreadPoolTaskExecutor 是Spring提供的一个实现了Executor接口的线程池，可以用于自定义异步方法的执行。它提供了一个 setTaskDecorator(TaskDecorator) 方法，通过设置一个 TaskDecorator 可以为每个任务添加一个优先级属性，从而实现基于优先级的任务调度。

@Configuration
@EnableAsync
public class AsyncConfig implements AsyncConfigurer {

    @Bean
    public ThreadPoolTaskExecutor taskExecutor() {
        ThreadPoolTaskExecutor executor = new ThreadPoolTaskExecutor();
        executor.setCorePoolSize(5);
        executor.setMaxPoolSize(10);
        executor.setQueueCapacity(25);
        // 设置TaskDecorator
        executor.setTaskDecorator(new PriorityTaskDecorator());
        executor.initialize();
        return executor;
    }

    // 其他配置...

}

2.使用Quartz调度器：Quartz 是一个功能强大的调度库，可以用于在Spring应用程序中实现复杂的任务调度。通过在配置类中配置 QuartzJobBean，并使用 @Scheduled 注解来指定调度策略，可以实现各种灵活的任务调度方式，如基于时间、基于表达式等。

@Configuration
@EnableScheduling
public class SchedulerConfig {
    
    @Bean
    public SchedulerFactoryBean schedulerFactoryBean() {
        SchedulerFactoryBean schedulerFactoryBean = new SchedulerFactoryBean();
        // 其他配置...

        // 使用Cron表达式调度任务
        CronTriggerFactoryBean cronTriggerFactoryBean = new CronTriggerFactoryBean();
        cronTriggerFactoryBean.setCronExpression("0 0 12 * * ?"); // 每天中午12点执行
        cronTriggerFactoryBean.setJobDetail(jobDetail().getObject());
        schedulerFactoryBean.setTriggers(cronTriggerFactoryBean.getObject());

        return schedulerFactoryBean;
    }

    // 其他配置...

}

通过自定义任务调度策略，你可以灵活地控制任务的执行顺序和时间，以满足不同业务场景下的需求。

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06. Spring 中的异步任务和传统多线程使用方式有哪些区别和优势？

Spring 中的异步任务和传统的多线程使用方式有以下区别和优势：

1.简化开发流程：Spring 中的异步任务使用起来比传统的多线程使用方式更加简单方便，只需要在方法上添加 @Async 注解即可。而传统的多线程需要手动创建线程、处理线程之间的通信等，增加了开发难度。

2.提高执行效率：Spring 的异步任务通过线程池实现，可以重复利用线程，避免不必要的线程创建和销毁，降低了系统开销，提高了任务的执行效率。

3.更好的管理线程：Spring 的异步任务使用了线程池机制，可以对线程进行统一的管理和监控，例如可通过设置线程池大小、队列长度和拒绝策略等进行线程管理。

4.支持方法间调用：在 Spring 中，一个带有 @Async 注解的方法可以在同一个类中被其他的方法调用，并且会像普通的方法一样同步执行。而在传统的多线程使用方式中，调用方法需要手动传递线程间通信的参数。

5.更好的日志跟踪：Spring 的异步任务可以提供更好的日志跟踪，通过在异步执行任务时添加日志，可以方便地分析问题。

总之，与传统的多线程使用方式相比，Spring 中的异步任务具有更高的开发效率、更好的管理和监控机制、更好的日志跟踪，同时还可以提高任务执行效率。同时需要注意的是，合理地配置线程池和拒绝策略非常关键，否则可能会由于线程过多而导致系统性能下降甚至崩溃。

以下是一个使用表格举例说明的异步任务和传统多线程使用方式的区别和优势：

区别	异步任务	传统多线程
开发流程	使用 @Async 注解简化开发流程	手动创建线程和处理线程通信
执行效率	通过线程池重复利用线程，提高执行效率	需要手动创建和销毁线程，效率较低
线程管理	可进行统一的线程管理和监控	需要手动管理和监控各个线程
方法间调用	带有 @Async 注解的方法可以在同一个类中被其他方法调用	需要手动传递线程间通信的参数
日志跟踪	可以提供更好的日志跟踪，方便分析问题	需要手动添加日志，较为繁琐
配置要求	需要配置线程池大小、队列长度和拒绝策略等	需要手动配置线程池大小、锁和线程通信的方式

通过这个表格，可以清楚地看到异步任务和传统多线程使用方式的区别和优势。异步任务相对于传统多线程使用方式更加简洁高效，能够提供更好的线程管理和监控机制，并且在方法间调用和日志跟踪方面也更加方便。然而，在使用异步任务时，需要注意合理配置线程池大小、队列长度和拒绝策略，以确保系统性能和稳定性。

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07. @Async 异步任务的并发性有哪些优化思路？

在使用 @Async 异步任务时，可以通过以下优化思路来提高异步任务的并发性：

1.调整线程池大小：线程池大小需要根据可用资源和任务需求量做出适当的调整。如果线程池大小过小，将会有一些任务因为没有线程能够执行而不被执行；如果线程池大小过大，则会导致系统资源消耗过多，反而会降低任务执行效率。可以根据系统负荷和任务类型，动态调整线程池大小。

2.调整队列长度和类型：异步任务在提交后不一定会立即得到执行，而是需要等待被放入线程池的队列中并等待线程池中可用线程来执行。如果队列长度过小，任务提交后可能会被拒绝；如果队列长度过大，则会导致系统资源消耗较多，反而影响任务执行效率。因此，需要根据任务类型和系统负荷调整队列长度和类型。

3.选择合适的拒绝策略：当任务提交给线程池后，如果线程池已经满了，此时如果没有拒绝策略就可能会造成请求被阻塞或者丢失。可以根据实际需求选择适当的拒绝策略，例如AbortPolicy（抛出 RejectedExecutionException）、CallerRunsPolicy（在提交当前任务的线程上执行任务）、DiscardOldestPolicy（丢弃队列中最早的任务）、DiscardPolicy（直接丢弃任务）等。

4.采用异步编程模式：在异步任务调用的时候，可以采用异步编程模式，即通过 Future 或 CompletableFuture 来获取异步任务的结果。这样可以在等待任务完成的同时，不会阻塞当前线程，提高了系统的并发性。

5.分割任务：如果一个任务的执行时间过长，会导致线程池中的线程不能及时得到释放，影响并发性。可以将该任务分割成多个小任务，将它们交给线程池逐个执行，提高任务的并发性。

总之，通过对线程池大小、队列长度和类型、拒绝策略、异步编程模式和任务分割等方面的优化，可以最大程度地提高异步任务的并发性。

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08. 在访问数据库之前，为什么使用异步任务能够提高性能？

在访问数据库之前，使用异步任务能够提高性能的主要原因在于以下两个方面：

1.避免阻塞主线程：在访问数据库时，需要等待数据库响应，这个过程可能会花费较长的时间。如果使用同步方式进行数据库访问，主线程需要等待数据库的响应，将会被阻塞，这个过程对用户体验不好。使用异步任务，可以将数据库访问放到异步任务中进行，主线程不会被阻塞，可以处理其他任务，从而提高系统并发性，降低用户的等待时间，提升用户体验。

2.提高数据库访问效率：在数据库访问场景中，数据库查询语句往往是执行较为耗时的操作之一，通过使用异步任务，可以利用线程池的机制，以较小的线程开销、管理复杂度为代价，提高数据库访问的效率。线程池中的线程可以重复利用，不需要每次都重新创建和销毁线程，从而减少系统资源消耗，提高数据库访问的效率。

综上所述，使用异步任务能够避免阻塞主线程和提高数据库访问效率，从而提高系统性能和用户体验。

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09. 一个 Spring Boot 应用中的异步任务如何对数据进行操作，如何保证数据的一致性？

在一个 Spring Boot 应用中，可以通过使用异步任务对数据进行操作。下面是如何操作数据和保证数据一致性的一些建议：

1.使用事务管理：在异步任务的方法上加上 @Transactional 注解来开启事务，确保数据操作的原子性和一致性。事务管理可保证在任务执行过程中，一旦出现异常或失败情况，数据操作会被回滚到事务开始前的状态，以确保数据的一致性。

2.合理地选择数据操作方式：对数据进行操作时，根据实际需求和场景选择合适的方式，例如使用数据库事务、乐观锁、悲观锁等来保证数据操作的一致性。合理使用数据库的 ACID 特性，如事务、提交与回滚，来确保数据的完整性和一致性。

3.异常捕获和处理：在异步任务中，要注意对可能发生的异常进行捕获和处理。对于发生异常的情况，可以根据具体业务逻辑进行相应的处理，例如进行数据回滚或补偿操作，以确保数据的一致性。

4.合理安排任务执行顺序：在涉及多个异步任务执行时，要考虑任务的依赖关系和执行顺序。可以通过使用线程池或队列等机制来控制任务的执行顺序，确保依赖关系的正确性，从而保证数据操作的一致性。

5.数据校验和验证：在异步任务执行前，对要操作的数据进行校验和验证，确保数据的合法性和完整性。对于不满足条件的数据，可以进行相应的处理，如抛出异常或忽略该数据，以保证数据的一致性。

通过上述方式，可以在异步任务中对数据进行操作，并且保证数据的一致性。在具体实现时，需要考虑业务需求和场景，选择合适的策略和技术来保证数据的正确操作和一致性。

下面是一段使用异步任务在 Spring Boot 应用中进行数据操作的代码示例：

@Service
public class UserService {
  
  @Autowired
  private UserRepository userRepository;
  
  @Async
  @Transactional
  public void deleteUserById(Long id) {
      User user = userRepository.findById(id).orElse(null);
      if (user != null) {
          userRepository.delete(user);
          // 进行相关的业务操作，如记录日志等
      }
  }
  
}

这里使用了 Spring Boot 提供的异步注解 @Async 来标识方法为异步任务。在 deleteUserById 方法中，先通过 UserRepository 查询符合条件的 User 对象，这里使用了 Spring Data JPA 提供的方法。如果查到符合条件的 User 对象，则使用 delete 方法将它从数据库中删除。这里也使用了 Spring Data JPA 提供的方法。同时，使用了 @Transactional 注解来开启事务，以确保数据操作的原子性和一致性。

需要注意的是，@Async 注解需要在 Spring Boot 启动类中加上 @EnableAsync 注解进行开启。在进行数据操作时，还需要考虑并发性和数据一致性的问题，可以通过采用合适的数据操作方式或采用分布式锁等机制来解决这些问题。

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10. 请解释一下 @Async 异步编程做法在处理高并发请求方面的最佳实践？

使用 @Async 注解进行异步编程可以有效处理高并发请求，以下是处理高并发请求方面的最佳实践：

1.限制线程池大小：通过配置线程池的大小来控制同时处理的异步请求数量。可以根据系统的资源情况和性能需求，合理设置线程池的核心线程数、最大线程数以及队列大小等参数。

2.设置适当的超时时间：为了避免异步任务长时间占用线程资源，可以设置适当的超时时间。超过超时时间的任务可以进行超时处理，例如取消任务或进行补偿操作，以避免线程资源的浪费。

3.异常处理与重试机制：在异步任务中，要处理可能发生的异常情况。可以通过捕获异步任务中的异常，并进行相应的处理，例如记录日志、进行重试或进行适当的补偿操作。重试机制可以提高任务的成功率，确保高并发请求的稳定处理。

4.接口设计合理：在设计接口时，注意接口的幂等性和安全性。幂等性可以保证在相同请求重复发起时，结果是一致的。安全性可以保证异步任务对数据的操作是有授权和验证的，防止非法请求对数据造成的影响。

5.监控与调优：对于高并发请求场景，要进行系统监控和性能调优。监控可以帮助及时发现系统的瓶颈和性能问题，从而进行相应的优化。性能调优可以通过对系统进行优化，如优化数据库查询、缓存机制、网络连接等，提高系统的并发处理能力。

总的来说，在处理高并发请求时，使用 @Async 异步编程可以通过充分利用线程池资源，将任务从主线程中分离出来并并发执行，提升系统的并发处理能力。但需要注意合理设置线程池参数、异常处理和超时控制，保证任务的安全性和可靠性，同时进行系统监控和性能调优，以达到高并发请求的最佳实践。

下面是一个使用 @Async 注解处理高并发请求的代码示例：

首先，在启动类上添加 @EnableAsync 注解开启异步支持：

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

接下来，定义一个带有 @Async 注解的异步方法，并指定线程池：

@Service
public class UserService {
  
  // 声明一个线程池用于处理异步任务
  private ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);
  
  @Async("executorService")
  public void processUserRequest(User user) {
      // 执行异步任务
      // ...
  }
  
}

在上面的代码中，@Async("executorService") 注解指定了使用名为 “executorService” 的线程池来执行异步任务。

当需要处理高并发请求时，可以在控制器中调用异步方法：

@RestController
public class UserController {
  
  @Autowired
  private UserService userService;
  
  @PostMapping("/users")
  public ResponseEntity<?> createUser(@RequestBody User user) {
      // 处理用户请求
      // ...
      
      // 调用异步方法处理任务
      userService.processUserRequest(user);
      
      return ResponseEntity.ok().build();
  }
  
}

在上述示例中，当有用户请求创建新的用户时，主线程将调用异步方法 processUserRequest() 来处理具体的任务。由于使用了异步调用，主线程会立即返回响应，不会等待异步任务的完成。

需要注意的是，在上述示例中，我们手动创建了一个线程池 executorService，可以根据实际情况来配置线程池的大小和其他参数。

通过使用 @Async 注解和合理的线程池配置，可以处理高并发请求，提高系统的并发处理能力。