SpringBoot 异步编程浅谈

1. 需求背景

　　当我们需要提高系统的并发性能时，我们可以将耗时的操作异步执行，从而避免线程阻塞，提高系统的并发性能。例如，在处理大量的并发请求时，如果每个请求都是同步阻塞的方式处

理，系统的响应时间会变得很长。而使用异步编程，可以将一些耗时的操作交给其他线程去处理，从而释放主线程，提高系统的并发能力。

2. SpringBoot如何实现异步调用

　　从Spring 3开始，可以通过在方法上标注@Async注解来实现异步方法调用。这意味着当我们调用被@Async注解修饰的方法时，它会在后台以异步方式执行。为了启用异步功能，我们需要

一个配置类，并在该类上使用@EnableAsync注解。这个注解告诉Spring要开启异步功能。

3. 异步调用实现步骤

第一步：新建配置类，开启@Async功能支持

　　使用@EnableAsync来开启异步任务支持，@EnableAsync注解可以直接放在SpringBoot启动类上，也可以单独放在其他配置类上。这里选择使用单独的配置类SyncConfiguration。

使用@Async注解，在默认情况下用的是SimpleAsyncTaskExecutor线程池，该线程池不是真正意义上的线程池。

使用此线程池无法实现线程重用，每次调用都会新建一条线程。若系统中不断的创建线程，最终会导致系统占用内存过高，引发OutOfMemoryError错误，所以在使用Spring中的@Async异步

框架时要自定义线程池，替代默认的SimpleAsyncTaskExecutor，这也是自定义配置的意义之一。

@Configuration
@EnableAsync
public class SyncConfiguration {
    @Bean(name = "asyncPoolTaskExecutor")
    public ThreadPoolTaskExecutor executor() {
        ThreadPoolTaskExecutor taskExecutor = new ThreadPoolTaskExecutor();
        //核心线程数，设置核心线程数。核心线程数是线程池中一直保持活动的线程数量，即使它们是空闲的。
        taskExecutor.setCorePoolSize(10);
        //设置线程池维护线程的最大数量。当缓冲队列已满并且核心线程数的线程都在忙碌时，线程池会创建新的线程，直到达到最大线程数。
        taskExecutor.setMaxPoolSize(100);
        //设置缓冲队列的容量。当所有的核心线程都在忙碌时，新的任务将会被放入缓冲队列中等待执行。
        taskExecutor.setQueueCapacity(50);
        //设置非核心线程的空闲时间。当超过核心线程数的线程在空闲时间达到设定值后，它们将被销毁，以减少资源的消耗。
        taskExecutor.setKeepAliveSeconds(200);
        //异步方法内部线程名称
        taskExecutor.setThreadNamePrefix("async-");
        /**
         * 当线程池的任务缓存队列已满并且线程池中的线程数目达到maximumPoolSize，如果还有任务到来就会采取任务拒绝策略
         * 通常有以下四种策略：
         * ThreadPoolExecutor.AbortPolicy:丢弃任务并抛出RejectedExecutionException异常。
         * ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：也是丢弃任务，但是不抛出异常。
         * ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy：丢弃队列最前面的任务，然后重新尝试执行任务（重复此过程）
         * ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：重试添加当前的任务，自动重复调用 execute() 方法，直到成功
         */
        taskExecutor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
        taskExecutor.initialize();
        return taskExecutor;
    }
}

注：

Spring提供了多种线程池：

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。
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
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
ThreadPoolTaskScheduler：可以使用cron表达式
ThreadPoolTaskExecutor ：最常使用，推荐。其实质是对java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor的包装

第二步：在方法上标记异步调用

在异步处理的方法上添加@Async注解，代表该方法为异步处理。

public class AsyncTask {

    @Async
    public void Task() {
        long t1 = System.currentTimeMillis();
        Thread.sleep(5000);
        long t2 = System.currentTimeMillis();
        log.info("task cost {} ms" , t2-t1);
    }

注：

在异步编程中，如果需要处理带有返回值的异步方法（有则继续浏览，无则跳过），Spring提供了java.util.concurrent.Future接口和java.util.concurrent.CompletableFuture类来处理异步任务的返回值。

1. 使用Future接口：Future接口表示一个异步计算的结果。我们可以通过调用Future对象的get()方法来获取异步任务的返回值，但这将阻塞当前线程，直到异步任务完成并返回结果

@Service
public class MyService {
    @Async
    public Future<String> asyncMethodWithReturnValue() {
        // 模拟耗时操作
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
        return new AsyncResult<>("Async method result");
    }
}

上述示例中，asyncMethodWithReturnValue()方法使用@Async注解标记为异步方法，并返回一个Future<String>对象。在方法内部，我们使用AsyncResult类来创建一个包含异步结果的Future对象。

在调用该异步方法时，可以使用get()方法来获取异步任务的返回值。但需要注意，get()方法会阻塞当前线程，直到异步任务执行完成并返回结果。

@Autowired
private MyService myService;

public void someMethod() {
    Future<String> futureResult = myService.asyncMethodWithReturnValue();
    
    // 阻塞等待异步任务完成并获取返回值
    try {
        String result = futureResult.get();
        System.out.println("Async method result: " + result);
    } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
        e.printStackTrace();
    }
}

上述示例中，我们通过调用futureResult.get()方法来获取异步任务的返回值。如果异步任务还未完成，调用get()方法将会阻塞当前线程，直到异步任务完成并返回结果。

2. 使用CompletableFuture类：CompletableFuture是Java 8引入的一个强大的异步编程工具，提供了更加灵活和功能丰富的异步任务处理方式。

@Service
public class MyService {
    @Async
    public CompletableFuture<String> asyncMethodWithReturnValue() {
        // 模拟耗时操作
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        
        return CompletableFuture.completedFuture("Async method result");
    }
}

在上述示例中，asyncMethodWithReturnValue()方法使用@Async注解标记为异步方法，并返回一个CompletableFuture<String>对象。在方法内部，我们使用CompletableFuture.completedFuture()方法创建一个包含异步结果的CompletableFuture对象。

在调用该异步方法时，可以链式调用thenApply()、thenAccept()等方法来对异步任务的结果进行处理。

@Autowired
private MyService myService;

public void someMethod() {
    CompletableFuture<String> futureResult = myService.asyncMethodWithReturnValue();
    
    futureResult.thenAccept(result -> {
        System.out.println("Async method result: " + result);
    });
    
    // 执行其他操作
    
    // 阻塞等待异步任务完成
    futureResult.join();
}

在上述示例中，我们通过调用thenAccept()方法来处理异步任务的结果，而不需要显式调用get()方法。thenAccept()方法接受一个Consumer函数式接口，用于处理异步任务的结果。

此外，CompletableFuture还提供了丰富的方法，例如thenApplyAsync()、thenCompose()、thenCombine()等，用于处理复杂的异步任务流程。

注：

当使用CompletableFuture处理异步任务时，以下是thenApplyAsync()、thenCompose()、thenCombine()和thenAccept()这四个方法的区别

thenApplyAsync()和thenAccept()用于处理异步任务的结果，并返回一个新的CompletableFuture或不返回任何结果。
thenCompose()用于处理异步任务的结果，并返回一个新的CompletableFuture，该结果是另一个CompletionStage的结果。
thenCombine()用于组合两个异步任务的结果，并应用指定的函数处理结果，并返回一个新的CompletableFuture。

第三步：在需要进行异步执行的地方进行调用

asyncTask.Task();

`4. @Async`的原理

当一个带有@Async注解的方法被调用时，Spring会创建一个异步代理对象来代理这个方法的调用。
异步代理对象会将方法调用封装为一个独立的任务，并将该任务提交给异步任务执行器。
异步任务执行器从线程池中获取一个空闲的线程，并将任务分配给该线程执行。
调用线程立即返回，不会等待异步任务的执行完成。
异步任务在独立的线程中执行，直到任务完成。
异步任务执行完成后，可以选择返回结果或者不返回任何结果。