Spring使用@Async註解,多執行緒
@Async註解的原理及使用
本文講述@Async註解，在Spring體系中的應用。本文僅說明@Async註解的應用規則，對於原理，呼叫邏輯，原始碼分析，暫不介紹。對於非同步方法呼叫，從Spring3開始提供了@Async註解，該註解可以被標註在方法上，以便非同步地呼叫該方法。呼叫者將在呼叫時立即返回，方法的實際執行將提交給Spring TaskExecutor的任務中，由指定的執行緒池中的執行緒執行。
在專案應用中，@Async呼叫執行緒池，推薦使用自定義執行緒池的模式。自定義執行緒池常用方案：重新實現介面AsyncConfigurer。
簡介
應用場景
同步：同步就是整個處理過程順序執行，當各個過程都執行完畢，並返回結果。
非同步：非同步呼叫則是隻是傳送了呼叫的指令，呼叫者無需等待被呼叫的方法完全執行完畢；而是繼續執行下面的流程。例如， 在某個呼叫中，需要順序呼叫 A, B, C三個過程方法；如他們都是同步呼叫，則需要將他們都順序執行完畢之後，方算作過程執行完畢； 如B為一個非同步的呼叫方法，則在執行完A之後，呼叫B，並不等待B完成，而是執行開始呼叫C，待C執行完畢之後，就意味著這個過程執行完畢了。在Java中，一般在處理類似的場景之時，都是基於建立獨立的執行緒去完成相應的非同步呼叫邏輯，通過主執行緒和不同的業務子執行緒之間的執行流程，從而在啟動獨立的執行緒之後，主執行緒繼續執行而不會產生停滯等待的情況。
Spring
1. SimpleAsyncTaskExecutor：不是真的執行緒池，這個類不重用執行緒，預設每次呼叫都會建立一個新的執行緒。
2. SyncTaskExecutor：這個類沒有實現非同步呼叫，只是一個同步操作。只適用於不需要多執行緒的地方。
3. ConcurrentTaskExecutor：Executor的適配類，不推薦使用。如果ThreadPoolTaskExecutor不滿足要求時，才用考慮使用這個類。
4. SimpleThreadPoolTaskExecutor：是Quartz的SimpleThreadPool的類。執行緒池同時被quartz和非quartz使用，才需要使用此類。
非同步的方法有：
1. 最簡單的非同步呼叫，返回值為void
2. 帶引數的非同步呼叫，非同步方法可以傳入引數
3. 存在返回值，常呼叫返回Future
Spring中啟用@Async
1 // 基於Java配置的啟用方式：
2 @Configuration
3 @EnableAsync
4 public class SpringAsyncConfig { ... }
5
6 // Spring boot啟用：
7 @EnableAsync
8 @EnableTransactionManagement
9 public class SettlementApplication {
10 public static void main(String[] args) {
11 SpringApplication.run(SettlementApplication.class, args);
12 }
13 }
@Async應用預設執行緒池
Spring應用預設的執行緒池，指在@Async註解在使用時，不指定執行緒池的名稱。檢視原始碼，@Async的預設執行緒池為SimpleAsyncTaskExecutor。
- 無返回值呼叫
基於@Async無返回值呼叫，直接在使用類，使用方法（建議在使用方法）上，加上註解。若需要丟擲異常，需手動new一個異常丟擲。
1 /**
2 * 帶引數的非同步呼叫 非同步方法可以傳入引數
3 * 對於返回值是void，異常會被AsyncUncaughtExceptionHandler處理掉
4 * @param s
5 */
6 @Async
7 public void asyncInvokeWithException(String s) {
8 log.info("asyncInvokeWithParameter, parementer={}", s);
9 throw new IllegalArgumentException(s);
10 }
- 有返回值Future呼叫
1 /**
2 * 異常呼叫返回Future
3 * 對於返回值是Future，不會被AsyncUncaughtExceptionHandler處理，需要我們在方法中捕獲異常並處理
4 * 或者在呼叫方在呼叫Futrue.get時捕獲異常進行處理
5 *
6 * @param i
7 * @return
8 */
9 @Async
10 public Future<String> asyncInvokeReturnFuture(int i) {
11 log.info("asyncInvokeReturnFuture, parementer={}", i);
12 Future<String> future;
13 try {
14 Thread.sleep(1000 * 1);
15 future = new AsyncResult<String>("success:" + i);
16 throw new IllegalArgumentException("a");
17 } catch (InterruptedException e) {
18 future = new AsyncResult<String>("error");
19 } catch(IllegalArgumentException e){
20 future = new AsyncResult<String>("error-IllegalArgumentException");
21 }
22 return future;
23 }
- 有返回值CompletableFuture呼叫
CompletableFuture並不使用@Async註解，可達到呼叫系統執行緒池處理業務的功能。
JDK5新增了Future介面，用於描述一個非同步計算的結果。雖然 Future 以及相關使用方法提供了非同步執行任務的能力，但是對於結果的獲取卻是很不方便，只能通過阻塞或者輪詢的方式得到任務的結果。阻塞的方式顯然和我們的非同步程式設計的初衷相違背，輪詢的方式又會耗費無謂的 CPU 資源，而且也不能及時地得到計算結果。
-
CompletionStage代表非同步計算過程中的某一個階段，一個階段完成以後可能會觸發另外一個階段
-
一個階段的計算執行可以是一個Function，Consumer或者Runnable。比如：stage.thenApply(x -> square(x)).thenAccept(x -> System.out.print(x)).thenRun(() -> System.out.println())
-
一個階段的執行可能是被單個階段的完成觸發，也可能是由多個階段一起觸發
在Java8中，CompletableFuture提供了非常強大的Future的擴充套件功能，可以幫助我們簡化非同步程式設計的複雜性，並且提供了函數語言程式設計的能力，可以通過回撥的方式處理計算結果，也提供了轉換和組合 CompletableFuture 的方法。
- 它可能代表一個明確完成的Future，也有可能代表一個完成階段（ CompletionStage ），它支援在計算完成以後觸發一些函式或執行某些動作。
- 它實現了Future和CompletionStage介面
1 /**
2 * 資料查詢執行緒池
3 */
4 private static final ThreadPoolExecutor SELECT_POOL_EXECUTOR = new ThreadPoolExecutor(10, 20, 5000,
5 TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(1024), new ThreadFactoryBuilder().setNameFormat("selectThreadPoolExecutor-%d").build());
6
7 // tradeMapper.countTradeLog(tradeSearchBean)方法表示，獲取數量，返回值為int
8 // 獲取總條數
9 CompletableFuture<Integer> countFuture = CompletableFuture
10 .supplyAsync(() -> tradeMapper.countTradeLog(tradeSearchBean), SELECT_POOL_EXECUTOR);
11 // 同步阻塞
12 CompletableFuture.allOf(countFuture).join();
13 // 獲取結果
14 int count = countFuture.get();
- 預設執行緒池的弊端
線上程池應用中，參考阿里巴巴java開發規範：執行緒池不允許使用Executors去建立，不允許使用系統預設的執行緒池，推薦通過ThreadPoolExecutor的方式，這樣的處理方式讓開發的工程師更加明確執行緒池的執行規則，規避資源耗盡的風險。Executors各個方法的弊端：
- newFixedThreadPool和newSingleThreadExecutor：主要問題是堆積的請求處理佇列可能會耗費非常大的記憶體，甚至OOM。
- newCachedThreadPool和newScheduledThreadPool：要問題是執行緒數最大數是Integer.MAX_VALUE，可能會建立數量非常多的執行緒，甚至OOM。
@Async預設非同步配置使用的是SimpleAsyncTaskExecutor，該執行緒池預設來一個任務建立一個執行緒，若系統中不斷的建立執行緒，最終會導致系統佔用記憶體過高，引發OutOfMemoryError錯誤。針對執行緒建立問題，SimpleAsyncTaskExecutor提供了限流機制，通過concurrencyLimit屬性來控制開關，當concurrencyLimit>=0時開啟限流機制，預設關閉限流機制即concurrencyLimit=-1，當關閉情況下，會不斷建立新的執行緒來處理任務。基於預設配置，SimpleAsyncTaskExecutor並不是嚴格意義的執行緒池，達不到執行緒複用的功能。
@Async應用自定義執行緒池
自定義執行緒池，可對系統中執行緒池更加細粒度的控制，方便調整執行緒池大小配置，執行緒執行異常控制和處理。在設定系統自定義執行緒池代替預設執行緒池時，雖可通過多種模式設定，但替換預設執行緒池最終產生的執行緒池有且只能設定一個（不能設定多個類繼承AsyncConfigurer）。自定義執行緒池有如下模式：
- 重新實現介面AsyncConfigurer
- 繼承AsyncConfigurerSupport
- 配置由自定義的TaskExecutor替代內建的任務執行器
通過檢視Spring原始碼關於@Async的預設呼叫規則，會優先查詢原始碼中實現AsyncConfigurer這個介面的類，實現這個介面的類為AsyncConfigurerSupport。但預設配置的執行緒池和非同步處理方法均為空，所以，無論是繼承或者重新實現介面，都需指定一個執行緒池。且重新實現public Executor getAsyncExecutor()方法。
-
實現介面AsyncConfigurer
1 @Configuration
2 public class AsyncConfiguration implements AsyncConfigurer {
3 @Bean("kingAsyncExecutor")
4 public ThreadPoolTaskExecutor executor() {
5 ThreadPoolTaskExecutor executor = new ThreadPoolTaskExecutor();
6 int corePoolSize = 10;
7 executor.setCorePoolSize(corePoolSize);
8 int maxPoolSize = 50;
9 executor.setMaxPoolSize(maxPoolSize);
10 int queueCapacity = 10;
11 executor.setQueueCapacity(queueCapacity);
12 executor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
13 String threadNamePrefix = "kingDeeAsyncExecutor-";
14 executor.setThreadNamePrefix(threadNamePrefix);
15 executor.setWaitForTasksToCompleteOnShutdown(true);
16 // 使用自定義的跨執行緒的請求級別執行緒工廠類
17 RequestContextThreadFactory threadFactory = RequestContextThreadFactory.getDefault();
18 executor.setThreadFactory(threadFactory);
19 int awaitTerminationSeconds = 5;
20 executor.setAwaitTerminationSeconds(awaitTerminationSeconds);
21 executor.initialize();
22 return executor;
23 }
24
25 @Override
26 public Executor getAsyncExecutor() {
27 return executor();
28 }
29
30 @Override
31 public AsyncUncaughtExceptionHandler getAsyncUncaughtExceptionHandler() {
32 return (ex, method, params) -> ErrorLogger.getInstance().log(String.format("執行非同步任務'%s'", method), ex);
33 }
34 }
-
繼承AsyncConfigurerSupport
@Configuration
@EnableAsync
class SpringAsyncConfigurer extends AsyncConfigurerSupport {
@Bean
public ThreadPoolTaskExecutor asyncExecutor() {
ThreadPoolTaskExecutor threadPool = new ThreadPoolTaskExecutor();
threadPool.setCorePoolSize(3);
threadPool.setMaxPoolSize(3);
threadPool.setWaitForTasksToCompleteOnShutdown(true);
threadPool.setAwaitTerminationSeconds(60 * 15);
return threadPool;
}
@Override
public Executor getAsyncExecutor() {
return asyncExecutor;
}
@Override
public AsyncUncaughtExceptionHandler getAsyncUncaughtExceptionHandler() {
return (ex, method, params) -> ErrorLogger.getInstance().log(String.format("執行非同步任務'%s'", method), ex);
}
}
-
配置自定義的TaskExecutor
由於AsyncConfigurer的預設執行緒池在原始碼中為空，Spring通過beanFactory.getBean(TaskExecutor.class)先檢視是否有執行緒池，未配置時，通過beanFactory.getBean(DEFAULT_TASK_EXECUTOR_BEAN_NAME, Executor.class)，又查詢是否存在預設名稱為TaskExecutor的執行緒池。所以可在專案中，定義名稱為TaskExecutor的bean生成一個預設執行緒池。也可不指定執行緒池的名稱，申明一個執行緒池，本身底層是基於TaskExecutor.class便可。
比如：
Executor.class:ThreadPoolExecutorAdapter->ThreadPoolExecutor->AbstractExecutorService->ExecutorService->Executor（這樣的模式，最終底層為Executor.class，在替換預設的執行緒池時，需設定預設的執行緒池名稱為TaskExecutor）
TaskExecutor.class:ThreadPoolTaskExecutor->SchedulingTaskExecutor->AsyncTaskExecutor->TaskExecutor（這樣的模式，最終底層為TaskExecutor.class，在替換預設的執行緒池時，可不指定執行緒池名稱。）
1 @EnableAsync
2 @Configuration
3 public class TaskPoolConfig {
4 @Bean(name = AsyncExecutionAspectSupport.DEFAULT_TASK_EXECUTOR_BEAN_NAME)
5 public Executor taskExecutor() {
6 ThreadPoolTaskExecutor executor = new ThreadPoolTaskExecutor();
7 //核心執行緒池大小
8 executor.setCorePoolSize(10);
9 //最大執行緒數
10 executor.setMaxPoolSize(20);
11 //佇列容量
12 executor.setQueueCapacity(200);
13 //活躍時間
14 executor.setKeepAliveSeconds(60);
15 //執行緒名字字首
16 executor.setThreadNamePrefix("taskExecutor-");
17 executor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
18 return executor;
19 }
@Bean(name = "new_task")
5 public Executor taskExecutor() {
6 ThreadPoolTaskExecutor executor = new ThreadPoolTaskExecutor();
7 //核心執行緒池大小
8 executor.setCorePoolSize(10);
9 //最大執行緒數
10 executor.setMaxPoolSize(20);
11 //佇列容量
12 executor.setQueueCapacity(200);
13 //活躍時間
14 executor.setKeepAliveSeconds(60);
15 //執行緒名字字首
16 executor.setThreadNamePrefix("taskExecutor-");
17 executor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
18 return executor;
19 }
20 }
-
多個執行緒池
@Async註解，使用系統預設或者自定義的執行緒池（代替預設執行緒池）。可在專案中設定多個執行緒池，在非同步呼叫時，指明需要呼叫的執行緒池名稱，如@Async("new_task")。
@Async部分重要原始碼解析
原始碼-獲取執行緒池方法
原始碼-設定預設執行緒池defaultExecutor，預設是空的，當重新實現介面AsyncConfigurer的getAsyncExecutor()時，可以設定預設的執行緒池。
原始碼-尋找系統預設執行緒池
原始碼-都沒有找到專案中設定的預設執行緒池時，採用spring 預設的執行緒池
本文摘自https://www.cnblogs.com/wlandwl/p/async.html
本人為了研究使用多執行緒優化程式碼,所以摘抄無涯大哥的隨筆,只是想做下記錄,感謝無涯大哥.