前言

异步调用 对应的是 同步调用同步调用 指程序按照 定义顺序 依次执行每一行程序都必须等待上一行程序执行完成之后才能执行异步调用 指程序在顺序执行时不等待 异步调用的语句 返回结果 就执行后面的程序。

正文

1. 环境准备

利用 Spring Initializer 创建一个 gradle 项目 spring-boot-async-task创建时添加相关依赖。得到的初始 build.gradle 如下

buildscript {
    ext {
        springBootVersion = '2.0.3.RELEASE'
    }
    repositories {
        mavenCentral()
    }
    dependencies {
        classpath("org.springframework.boot:spring-boot-gradle-plugin:${springBootVersion}")
    }
}

apply plugin: 'java'
apply plugin: 'eclipse'
apply plugin: 'org.springframework.boot'
apply plugin: 'io.spring.dependency-management'

group = 'io.ostenant.springboot.sample'
version = '0.0.1-SNAPSHOT'
sourceCompatibility = 1.8

repositories {
    mavenCentral()
}

dependencies {
    compile('org.springframework.boot:spring-boot-starter-web')
    compileOnly('org.projectlombok:lombok')
    testCompile('org.springframework.boot:spring-boot-starter-test')
}

在 Spring Boot 入口类上配置 @EnableAsync 注解开启异步处理。

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

创建任务抽象类 AbstractTask并分别配置三个任务方法 doTaskOne()doTaskTwo()doTaskThree()。

public abstract class AbstractTask {
    private static Random random = new Random();

    public void doTaskOne() throws Exception {
        out.println("开始做任务一");
        long start = currentTimeMillis();
        sleep(random.nextInt(10000));
        long end = currentTimeMillis();
        out.println("完成任务一耗时" + (end - start) + "毫秒");
    }

    public void doTaskTwo() throws Exception {
        out.println("开始做任务二");
        long start = currentTimeMillis();
        sleep(random.nextInt(10000));
        long end = currentTimeMillis();
        out.println("完成任务二耗时" + (end - start) + "毫秒");
    }

    public void doTaskThree() throws Exception {
        out.println("开始做任务三");
        long start = currentTimeMillis();
        sleep(random.nextInt(10000));
        long end = currentTimeMillis();
        out.println("完成任务三耗时" + (end - start) + "毫秒");
    }
}

2. 同步调用

下面通过一个简单示例来直观的理解什么是同步调用

定义 Task 类继承 AbstractTask三个处理函数分别模拟三个执行任务的操作操作消耗时间随机取10 秒内。

@Component
public class Task extends AbstractTask {
}

在 单元测试 用例中注入 Task 对象并在测试用例中执行 doTaskOne()doTaskTwo()doTaskThree() 三个方法。

@RunWith(SpringRunner.class)
@SpringBootTest
public class TaskTest {
    @Autowired
    private Task task;

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

执行单元测试可以看到类似如下输出

开始做任务一
完成任务一耗时4059毫秒
开始做任务二
完成任务二耗时6316毫秒
开始做任务三
完成任务三耗时1973毫秒

任务一、任务二、任务三顺序的执行完了换言之 doTaskOne()doTaskTwo()doTaskThree() 三个方法顺序的执行完成。

3. 异步调用

上述的 同步调用 虽然顺利的执行完了三个任务但是可以看到 执行时间比较长若这三个任务本身之间 不存在依赖关系可以 并发执行 的话同步调用在 执行效率 方面就比较差可以考虑通过 异步调用 的方式来 并发执行。

创建 AsyncTask类分别在方法上配置 @Async 注解将原来的 同步方法 变为 异步方法。

@Component
public class AsyncTask extends AbstractTask {
    @Async
    public void doTaskOne() throws Exception {
        super.doTaskOne();
    }

    @Async
    public void doTaskTwo() throws Exception {
        super.doTaskTwo();
    }

    @Async
    public void doTaskThree() throws Exception {
        super.doTaskThree();
    }
}

在 单元测试 用例中注入 AsyncTask 对象并在测试用例中执行 doTaskOne()doTaskTwo()doTaskThree() 三个方法。

@RunWith(SpringRunner.class)
@SpringBootTest
public class AsyncTaskTest {
    @Autowired
    private AsyncTask task;

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

执行单元测试可以看到类似如下输出

开始做任务三
开始做任务一
开始做任务二

如果反复执行单元测试可能会遇到各种不同的结果比如

没有任何任务相关的输出
有部分任务相关的输出
乱序的任务相关的输出

原因是目前 doTaskOne()doTaskTwo()doTaskThree() 这三个方法已经 异步执行 了。主程序在 异步调用 之后主程序并不会理会这三个函数是否执行完成了由于没有其他需要执行的内容所以程序就 自动结束 了导致了 不完整 或是 没有输出任务 相关内容的情况。

注意@Async所修饰的函数不要定义为static类型这样异步调用不会生效。

4. 异步回调

为了让 doTaskOne()doTaskTwo()doTaskThree() 能正常结束假设我们需要统计一下三个任务 并发执行 共耗时多少这就需要等到上述三个函数都完成动用之后记录时间并计算结果。

那么我们如何判断上述三个 异步调用 是否已经执行完成呢我们需要使用 Future<T> 来返回 异步调用 的结果。

创建 AsyncCallBackTask 类声明 doTaskOneCallback()doTaskTwoCallback()doTaskThreeCallback() 三个方法对原有的三个方法进行包装。

@Component
public class AsyncCallBackTask extends AbstractTask {
    @Async
    public Future<String> doTaskOneCallback() throws Exception {
        super.doTaskOne();
        return new AsyncResult<>("任务一完成");
    }

    @Async
    public Future<String> doTaskTwoCallback() throws Exception {
        super.doTaskTwo();
        return new AsyncResult<>("任务二完成");
    }

    @Async
    public Future<String> doTaskThreeCallback() throws Exception {
        super.doTaskThree();
        return new AsyncResult<>("任务三完成");
    }
}

在 单元测试 用例中注入 AsyncCallBackTask 对象并在测试用例中执行 doTaskOneCallback()doTaskTwoCallback()doTaskThreeCallback() 三个方法。循环调用 Future 的 isDone() 方法等待三个 并发任务 执行完成记录最终执行时间。

@RunWith(SpringRunner.class)
@SpringBootTest
public class AsyncCallBackTaskTest {
    @Autowired
    private AsyncCallBackTask task;

    @Test
    public void testAsyncCallbackTask() throws Exception {
        long start = currentTimeMillis();
        Future<String> task1 = task.doTaskOneCallback();
        Future<String> task2 = task.doTaskTwoCallback();
        Future<String> task3 = task.doTaskThreeCallback();

        // 三个任务都调用完成退出循环等待
        while (!task1.isDone() || !task2.isDone() || !task3.isDone()) {
            sleep(1000);
        }

        long end = currentTimeMillis();
        out.println("任务全部完成总耗时" + (end - start) + "毫秒");
    }
}

看看都做了哪些改变

在测试用例一开始记录开始时间
在调用三个异步函数的时候返回Future类型的结果对象
在调用完三个异步函数之后开启一个循环根据返回的Future对象来判断三个异步函数是否都结束了。若都结束就结束循环若没有都结束就等1秒后再判断。
跳出循环之后根据结束时间 - 开始时间计算出三个任务并发执行的总耗时。

执行一下上述的单元测试可以看到如下结果

开始做任务一
开始做任务三
开始做任务二
完成任务二耗时4882毫秒
完成任务三耗时6484毫秒
完成任务一耗时8748毫秒
任务全部完成总耗时9043毫秒

可以看到通过 异步调用让任务一、任务二、任务三 并发执行有效的减少了程序的 运行总时间。

5. 定义线程池

在上述操作中创建一个 线程池配置类 TaskConfiguration 并配置一个 任务线程池对象 taskExecutor。

@Configuration
public class TaskConfiguration {
    @Bean("taskExecutor")
    public Executor taskExecutor() {
        ThreadPoolTaskExecutor executor = new ThreadPoolTaskExecutor();
        executor.setCorePoolSize(10);
        executor.setMaxPoolSize(20);
        executor.setQueueCapacity(200);
        executor.setKeepAliveSeconds(60);
        executor.setThreadNamePrefix("taskExecutor-");
        executor.setRejectedExecutionHandler(new CallerRunsPolicy());
        return executor;
    }
}

上面我们通过使用 ThreadPoolTaskExecutor 创建了一个 线程池同时设置了以下这些参数

线程池属性	属性的作用	设置初始值
核心线程数	线程池创建时候初始化的线程数	10
最大线程数	线程池最大的线程数只有在缓冲队列满了之后才会申请超过核心线程数的线程	20
缓冲队列	用来缓冲执行任务的队列	200
允许线程的空闲时间	当超过了核心线程之外的线程在空闲时间到达之后会被销毁	60秒
线程池名的前缀	可以用于定位处理任务所在的线程池	taskExecutor-
线程池对拒绝任务的处理策略	这里采用CallerRunsPolicy策略当线程池没有处理能力的时候该策略会直接在execute方法的调用线程中运行被拒绝的任务如果执行程序已关闭则会丢弃该任务	CallerRunsPolicy

创建 AsyncExecutorTask类三个任务的配置和 AsyncTask 一样不同的是 @Async 注解需要指定前面配置的 线程池的名称 taskExecutor。

@Component
public class AsyncExecutorTask extends AbstractTask {
    @Async("taskExecutor")
    public void doTaskOne() throws Exception {
        super.doTaskOne();
        out.println("任务一当前线程" + currentThread().getName());
    }

    @Async("taskExecutor")
    public void doTaskTwo() throws Exception {
        super.doTaskTwo();
        out.println("任务二当前线程" + currentThread().getName());
    }

    @Async("taskExecutor")
    public void doTaskThree() throws Exception {
        super.doTaskThree();
        out.println("任务三当前线程" + currentThread().getName());
    }
}

在 单元测试 用例中注入 AsyncExecutorTask 对象并在测试用例中执行 doTaskOne()doTaskTwo()doTaskThree() 三个方法。

@RunWith(SpringRunner.class)
@SpringBootTest
public class AsyncExecutorTaskTest {
    @Autowired
    private AsyncExecutorTask task;

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

        sleep(30 * 1000L);
    }
}

执行一下上述的 单元测试可以看到如下结果

开始做任务一
开始做任务三
开始做任务二
完成任务二耗时3905毫秒
任务二当前线程taskExecutor-2
完成任务一耗时6184毫秒
任务一当前线程taskExecutor-1
完成任务三耗时9737毫秒
任务三当前线程taskExecutor-3

执行上面的单元测试观察到 任务线程池 的 线程池名的前缀 被打印说明 线程池 成功执行 异步任务

6. 优雅地关闭线程池

由于在应用关闭的时候异步任务还在执行导致类似 数据库连接池 这样的对象一并被 销毁了当 异步任务 中对 数据库 进行操作就会出错。

解决方案如下重新设置线程池配置对象新增线程池 setWaitForTasksToCompleteOnShutdown() 和 setAwaitTerminationSeconds() 配置

@Bean("taskExecutor")
public Executor taskExecutor() {
    ThreadPoolTaskScheduler executor = new ThreadPoolTaskScheduler();
    executor.setPoolSize(20);
    executor.setThreadNamePrefix("taskExecutor-");
    executor.setWaitForTasksToCompleteOnShutdown(true);
    executor.setAwaitTerminationSeconds(60);
    return executor;
}

setWaitForTasksToCompleteOnShutdown(true): 该方法用来设置 线程池关闭 的时候等待所有任务都完成后再继续销毁其他的 Bean这样这些 异步任务 的销毁就会先于 数据库连接池对象 的销毁。
setAwaitTerminationSeconds(60): 该方法用来设置线程池中 任务的等待时间如果超过这个时间还没有销毁就 强制销毁以确保应用最后能够被关闭而不是阻塞住。

小结

本文介绍了在 Spring Boot 中如何使用 @Async 注解配置 异步任务、异步回调任务包括结合 任务线程池 的使用以及如何正确并优雅地关闭 任务线程池。

实战Spring Boot 2.0系列(三) - 使用@Async进行异步调用详解

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