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EffectTang
2024-11-22
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异步方法(线程池)的实现

# 异步方法(线程池)的实现

在日常开发中，我们会遇到一些任务（比如进行群发邮件），它们可能很耗时，但是对于他们的运行结果，并不会影响到我们主程序的执行，不论他们的执行结果是成功还是失败（即使其中有些失败了，再次执行该方法，对失败的重发即可）。

此时，我们就没必要等待他们执行完毕，而是可以直接继续执行后续的代码。传统的方式，我们是需要等待他们执行完毕，才能继续执行。如果要想实现上述的不等待，则可以使用异步的形式来执行方法（或者称 异步方法），也就是使用新的线程来执行对应方法。

在springboot中也对此功能进行了实现。Spring Boot中实现异步方法主要依赖于Spring框架提供的@Async注解。以下是对应步骤：

# 通过@Async实现

# 开启异步支持

为了让Spring能够识别并处理带有@Async注解的方法，你需要在某个配置类上启用异步支持。这通常通过在主类或配置类上添加@EnableAsync注解来完成：

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

@SpringBootApplication
@EnableAsync
public class Application {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(Application.class, args);
    }
}
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# 创建异步方法

接下来，你可以在任何Spring管理的Bean中定义异步方法。只需要在方法上加上@Async注解即可：

import org.springframework.scheduling.annotation.Async;
import org.springframework.stereotype.Service;

@Service
public class AsyncService {

    @Async
    public void executeAsyncTask() throws InterruptedException{
        // 这里是异步执行的任务
        System.out.println("执行异步任务：" + Thread.currentThread().getName());
      	Thread.sleep(1000);
        TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
    }

    @Async
    public Future<String> executeAsyncTaskWithResult() throws InterruptedException {
        // 异步任务，有返回值
        long duration = (long) (Math.random() * 5);
        System.out.println("异步任务耗时(秒): " + duration);
        Thread.sleep(duration * 1000);
        return new AsyncResult<>("异步任务完成");
    }
}
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# 调用异步方法

最后，你可以在需要的地方调用这些异步方法。请注意，如果异步方法有返回值（如上面的executeAsyncTaskWithResult），你需要使用java.util.concurrent.Future来接收结果：

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

@RestController
public class AsyncController {

    @Autowired
    private AsyncService asyncService;

    @GetMapping("/async")
    public String callAsyncMethod() {
        asyncService.executeAsyncTask();
      	// 这里就是异步任务，不会发生阻塞情况 尽管该方法会暂停几秒
        try {
            String result = asyncService.executeAsyncTaskWithResult().get();
            return "调用完成，结果为: " + result;
        } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
            return "调用失败: " + e.getMessage();
        }
    }
}
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# 本质

Spring 使用AOP（Aspect-Oriented Programming）来实现 @Async 注解的功能。当一个方法被 @Async 标注时，Spring会为这个方法创建一个代理对象。这个代理对象负责在不同的线程中调用实际的方法。

具体来说，Spring使用CGLIB或JDK动态代理来生成代理对象。当调用一个带有 @Async 注解的方法时，实际上是在调用代理对象的方法，而不是直接调用原始方法。代理对象会在一个新的线程中调用原始方法，从而实现异步执行。

# 注意事项

了解的本质后，也就是所谓的了解了特点后。我们也可以推测出他的一些注意事项，比如什么情况下会失效。

因为它是基于aop实现代理对象，所以如果无法实现代理的话，则会发生即使加了注解，也无法实现异步调用。

# 自调用问题

在一个类中，如果一个带有 @Async 注解的方法被同一个类中的其他方法调用，那么异步功能可能不会生效。这是因为Spring的AOP代理机制只对通过接口或代理对象的调用生效，而不是对类内部的直接调用。

@Service
public class AsyncService {

    @Async
    public void asyncMethod() {
        // 异步执行的代码
    }

    public void someMethod() {
        asyncMethod(); // 这里不会异步执行
    }
}
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当一个带有 @Async 注解的方法在同一个类的其他方法中被调用时，实际上是直接调用了类的实例方法，而不是通过代理对象调用的。因此，Spring的AOP机制无法拦截到这个方法调用，也就无法应用异步执行的逻辑。

# 方法不是公共的

@Async 注解的方法必须是公共的（public）。如果方法是私有的（private）或受保护的（protected），Spring将无法为其创建代理，从而导致异步功能失效。

# 所属类没被IOC管理

如果异步方法，没被加入IOC容器，也就是成为一个bean，那该注解也会失效。

# 主启动类没启用

如果没有在配置类上添加 @EnableAsync 注解，Spring将不会启用异步方法的支持。确保你的配置类中包含 @EnableAsync

# 事务管理

如果异步方法在事务管理的上下文中调用，可能会导致一些意外的行为。确保事务管理配置正确，并且不会干扰异步方法的执行。

# 能效问题

尽管 @Async 注解在Spring框架中提供了一种方便的方式来实现异步方法，但在某些情况下，开发人员可能会选择禁用或不使用 @Async 注解。

其根本原因，在于它对线程的创建问题上。因为使用@Async注解，默认使用的是 SimpleAsyncTaskExecutor 作为线程池。然而，SimpleAsyncTaskExecutor 并不是一个真正的线程池，因为它不会重用线程，而是每次执行异步任务时都会创建一个新的线程。这在高并发场景下可能会导致性能问题和资源浪费，比如：可能会出现oom的情况。

因此不建议直接使用@Async注解。

# 优雅的使用多线程

既然出问题的地方是默认线程池导致的，那我们是否可以给它换一个线程池呢？答案是ok的，@Async注解支持替换使用的线程池。

只需要加上，线程池的名称即可。

@Async("customTaskExecutor")
    public void asyncMethod() {
        System.out.println("异步方法执行：" + Thread.currentThread().getName());
    }
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那么在springboot中定义一个线程池有什么特别的要求吗？或者怎么实现

# 自定义线程池

以下仅是一个例子，你完全可以根据需求来定制更适合你的线程池。

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

@Configuration
@EnableAsync
public class AsyncConfig {

    @Bean(name = "customTaskExecutor")
    public ThreadPoolTaskExecutor taskExecutor() {
        ThreadPoolTaskExecutor executor = new ThreadPoolTaskExecutor();
        executor.setCorePoolSize(5); // 核心线程数
        executor.setMaxPoolSize(10); // 最大线程数
        executor.setQueueCapacity(20); // 队列容量
        executor.setThreadNamePrefix("CustomExecutor-"); // 线程名称前缀
        // 拒绝策略
        executor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadExecutor.DiscardPolicy());
        executor.initialize();
        return executor;
    }
}
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确保在配置类或主类上添加 @EnableAsync 注解，以启用异步方法的支持。

# ThreadPoolTaskExecutor

细心的朋友们，应该会发现定义线程池时上述用的是ThreadPoolTaskExecutor，一时间可能有点懵，因为它并不属于任何一个jdk下的线程池。不要慌，它是spring自带的一个线程池。下面就一起来看下，它的优势与不足：

  1. 简化线程池管理：Spring 提供了简单的配置方式来创建和管理线程池。
  2. 集成 Spring 管理：可以将线程池作为 Spring Bean 进行管理，方便注入和使用。
  3. 灵活的配置：可以通过属性文件或代码配置线程池的各种参数，如核心线程数、最大线程数、队列容量等。
  4. 异常处理：可以方便地处理未捕获的异常。
  5. 支持多种任务类型：支持 Runnable 和 Callable 任务。

关于集成这里就不再赘述，上方已经给出。

下面来看看它的灵活配置：

你也可以通过 application.yml 或 application.properties 文件来配置 ThreadPoolTaskExecutor。

spring:
  task:
    execution:
      pool:
        core-size: 5
        max-size: 10
        queue-capacity: 20
        thread-name-prefix: my-task-
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然后在配置类中自动配置 ThreadPoolTaskExecutor即可，不必再重新设置参数。

接下来我们再来看看异常捕获：

如果一个任务在 ThreadPoolExecutor 中抛出未捕获的异常，线程池会简单地打印堆栈跟踪，并且该任务会被标记为已完成。这可能会导致一些问题，例如你可能希望记录异常、重试任务或采取其他措施来处理这些异常。或者说处理它们会稍微有些复杂。

而如果我们使用ThreadPoolTaskExecutor来捕获异常时————Spring 的 ThreadPoolTaskExecutor 允许你设置一个全局的 Thread.UncaughtExceptionHandler，并且还提供了一些额外的方法来处理异常。

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

import java.util.concurrent.ThreadFactory;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;

@Configuration
public class ThreadPoolConfig {

    @Value("${thread.pool.core-pool-size}")
    private int corePoolSize;

    @Value("${thread.pool.max-pool-size}")
    private int maxPoolSize;

    @Value("${thread.pool.queue-capacity}")
    private int queueCapacity;

    @Value("${thread.pool.keep-alive-seconds}")
    private int keepAliveSeconds;

    @Value("${thread.pool.thread-name-prefix}")
    private String threadNamePrefix;

    @Bean
    public ThreadPoolTaskExecutor threadPoolTaskExecutor() {
        ThreadPoolTaskExecutor executor = new ThreadPoolTaskExecutor();
        executor.setCorePoolSize(corePoolSize);
        executor.setMaxPoolSize(maxPoolSize);
        executor.setQueueCapacity(queueCapacity);
        executor.setKeepAliveSeconds(keepAliveSeconds);
        executor.setThreadNamePrefix(threadNamePrefix);

        // 设置全局的 UncaughtExceptionHandler
        executor.setThreadFactory(new ThreadFactory() {
            @Override
            public Thread newThread(Runnable r) {
                Thread t = new Thread(r, threadNamePrefix + "-" + (executor.getThreadPoolExecutor().getPoolSize() + 1));
                t.setUncaughtExceptionHandler((thread, throwable) -> {
                    System.err.println("Uncaught exception in thread " + thread.getName() + ": " + throwable.getMessage());
                    // 可以在这里进行日志记录、重试等操作
                });
                return t;
            }
        });

        executor.initialize();
        return executor;
    }
}
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使用springboot时，为什么推荐使用ThreadPoolTaskExecutor来实现线程池？

其实根本在于其实它也是————继承自 ThreadPoolExecutor 类的，但它同时还进行了一定的封装与 Spring 进行了良好的整合，并提供了额外的功能。跟spring做了良好的集成。在使用上可能更方便，同时它也支持自定义各种参数。

当然，你也可以继续用ThreadPoolExecutor来自定义线程池。

# 扩展-获得返回值

对于异步方法的返回值，只允许两种

  • void
  • CompletableFuture<?>

更多待补充

上次更新: 2025/03/07, 06:05:43
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