本文講述@Async注解，在Spring體系中的應用。本文僅說明@Async注解的應用規則，對于原理，調用邏輯，源碼分析，暫不介紹。對于異步方法調用，從Spring3開始提供了@Async注解，該注解可以被標注在方法上，以便異步地調用該方法。調用者將在調用時立即返回，方法的實際執行將提交給Spring TaskExecutor的任務中，由指定的線程池中的線程執行。

在項目應用中，@Async調用線程池，推薦使用自定義線程池的模式。自定義線程池常用方案：重新實現接口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，并返回結果。

異步： 異步調用則是只是發送了調用的指令，調用者無需等待被調用的方法完全執行完畢；而是繼續執行下面的流程。

例如， 在某個調用中，需要順序調用 A, B, C三個過程方法；如他們都是同步調用，則需要將他們都順序執行完畢之后，方算作過程執行完畢；如B為一個異步的調用方法，則在執行完A之后，調用B，并不等待B完成，而是執行開始調用C，待C執行完畢之后，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，都是基于創建獨立的線程去完成相應的異步調用邏輯，通過主線程和不同的業務子線程之間的執行流程，從而在啟動獨立的線程之后，主線程繼續執行而不會產生停滯等待的情況。

Spring 已經實現的線程池

• SimpleAsyncTaskExecutor：不是真的線程池，這個類不重用線程，默認每次調用都會創建一個新的線程。
• SyncTaskExecutor：這個類沒有實現異步調用，只是一個同步操作。只適用于不需要多線程的地方。
• 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。
• SimpleThreadPoolTaskExecutor：是Quartz的SimpleThreadPool的類。線程池同時被quartz和非quartz使用，才需要使用此類。
• ThreadPoolTaskExecutor ：最常使用，推薦。其實質是對java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor的包裝。

異步的方法有：

• 最簡單的異步調用，返回值為void。
• 帶參數的異步調用，異步方法可以傳入參數。
• 存在返回值，常調用返回Future。

| Spring中啟用@Async

// 基于Java配置的啟用方式：
@Configuration
@EnableAsync
public class SpringAsyncConfig { ... }

// Spring boot啟用：
@EnableAsync
@EnableTransactionManagement
public class SettlementApplication {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(SettlementApplication.class, args);
    }
}

| @Async應用默認線程池

Spring應用默認的線程池，指在@Async注解在使用時，不指定線程池的名稱。查看源碼，@Async的默認線程池為SimpleAsyncTaskExecutor。

無返回值調用

基于@Async無返回值調用，直接在使用類，使用方法（建議在使用方法）上，加上注解。若需要拋出異常，需手動new一個異常拋出。
/**
     * 帶參數的異步調用 異步方法可以傳入參數
     *  對于返回值是void，異常會被AsyncUncaughtExceptionHandler處理掉
     * @param s
     */
    @Async
    public void asyncInvokeWithException(String s) {
        log.info("asyncInvokeWithParameter, parementer={}", s);
        throw new IllegalArgumentException(s);
    }

有返回值Future調用

/**
     * 異常調用返回Future
     *  對于返回值是Future，不會被AsyncUncaughtExceptionHandler處理，需要我們在方法中捕獲異常并處理
     *  或者在調用方在調用Futrue.get時捕獲異常進行處理
     *
     * @param i
     * @return
     */
    @Async
    public Future<String> asyncInvokeReturnFuture(int i) {
        log.info("asyncInvokeReturnFuture, parementer={}", i);
        Future<String> future;
        try {
            Thread.sleep(1000 * 1);
            future = new AsyncResult<String>("success:" + i);
            throw new IllegalArgumentException("a");
        } catch (InterruptedException e) {
            future = new AsyncResult<String>("error");
        } catch(IllegalArgumentException e){
            future = new AsyncResult<String>("error-IllegalArgumentException");
        }
        return future;
    }

有返回值CompletableFuture調用

CompletableFuture 并不使用@Async注解，可達到調用系統線程池處理業務的功能。

JDK5新增了Future接口，用于描述一個異步計算的結果。雖然 Future 以及相關使用方法提供了異步執行任務的能力，但是對于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異步編程的初衷相違背，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代表異步計算過程中的某一個階段，一個階段完成以后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的擴展功能，可以幫助我們簡化異步編程的復雜性，并且提供了函數式編程的能力，可以通過回調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 ），它支持在計算完成以后觸發一些函數或執行某些動作。
• 它實現了Future和CompletionStage接口。

/**
     * 數據查詢線程池
     */
    private static final ThreadPoolExecutor SELECT_POOL_EXECUTOR = new ThreadPoolExecutor(10, 20, 5000,
            TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(1024), new ThreadFactoryBuilder().setNameFormat("selectThreadPoolExecutor-%d").build());

// tradeMapper.countTradeLog(tradeSearchBean)方法表示，獲取數量，返回值為int
 // 獲取總條數
        CompletableFuture<Integer> countFuture = CompletableFuture
                .supplyAsync(() -> tradeMapper.countTradeLog(tradeSearchBean), SELECT_POOL_EXECUTOR);
// 同步阻塞
    CompletableFuture.allOf(countFuture).join();
// 獲取結果
 int count = countFuture.get();

默認線程池的弊端

在線程池應用中，參考阿里巴巴java開發規范：線程池不允許使用Executors去創建，不允許使用系統默認的線程池，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線程池的運行規則，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隊列可能會耗費非常大的內存，甚至OOM。
• newCachedThreadPool和newScheduledThreadPool：要問題是線程數最大數是Integer.MAX_VALUE，可能會創建數量非常多的線程，甚至OOM。

@Async默認異步配置使用的是SimpleAsyncTaskExecutor，該線程池默認來一個任務創建一個線程，若系統中不斷的創建線程，最終會導致系統占用內存過高，引發OutOfMemoryError錯誤。針對線程創建問題，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，默認關閉限流機制即concurrencyLimit=-1，當關閉情況下，會不斷創建新的線程來處理任務。基于默認配置，SimpleAsyncTaskExecutor并不是嚴格意義的線程池，達不到線程復用的功能。

| @Async應用自定義線程池

自定義線程池，可對系統中線程池更加細粒度的控制，方便調整線程池大小配置，線程執行異常控制和處理。在設置系統自定義線程池代替默認線程池時，雖可通過多種模式設置，但替換默認線程池最終產生的線程池有且只能設置一個（不能設置多個類繼承AsyncConfigurer）。自定義線程池有如下模式：

• 重新實現接口AsyncConfigurer；
• 繼承AsyncConfigurerSupport；
• 配置由自定義的TaskExecutor替代內置的任務執行器。

通過查看Spring源碼關于@Async的默認調用規則，會優先查詢源碼中實現AsyncConfigurer這個接口的類，實現這個接口的類為AsyncConfigurerSupport。但默認配置的線程池和異步處理方法均為空，所以，無論是繼承或者重新實現接口，都需指定一個線程池。且重新實現 public Executor getAsyncExecutor()方法。

實現接口AsyncConfigurer

@Configuration
 public class AsyncConfiguration implements AsyncConfigurer {
     @Bean("kingAsyncExecutor")
     public ThreadPoolTaskExecutor executor() {
         ThreadPoolTaskExecutor executor = new ThreadPoolTaskExecutor();
         int corePoolSize = 10;
         executor.setCorePoolSize(corePoolSize);
         int maxPoolSize = 50;
         executor.setMaxPoolSize(maxPoolSize);
         int queueCapacity = 10;
         executor.setQueueCapacity(queueCapacity);
         executor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
         String threadNamePrefix = "kingDeeAsyncExecutor-";
         executor.setThreadNamePrefix(threadNamePrefix);
         executor.setWaitForTasksToCompleteOnShutdown(true);
         // 使用自定義的跨線程的請求級別線程工廠類19         int awaitTerminationSeconds = 5;
         executor.setAwaitTerminationSeconds(awaitTerminationSeconds);
         executor.initialize();
         return executor;
     }
 
     @Override
     public Executor getAsyncExecutor() {
         return executor();
     }
 
     @Override
     public AsyncUncaughtExceptionHandler getAsyncUncaughtExceptionHandler() {
         return (ex, method, params) -> ErrorLogger.getInstance().log(String.format("執行異步任務'%s'", method), ex);
     }
 }

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("執行異步任務'%s'", method), ex);
}
}

配置自定義的TaskExecutor

由于AsyncConfigurer的默認線程池在源碼中為空，Spring通過beanFactory.getBean(TaskExecutor.class)先查看是否有線程池，未配置時，通過beanFactory.getBean(DEFAULT_TASK_EXECUTOR_BEAN_NAME, Executor.class)，又查詢是否存在默認名稱為TaskExecutor的線程池。所以可以在項目中，定義名稱為TaskExecutor的bean生成一個默認線程池。也可不指定線程池的名稱，申明一個線程池，本身底層是基于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，在替換默認的線程池時，需設置默認的線程池名稱為TaskExecutor。

TaskExecutor.class:ThreadPoolTaskExecutor->SchedulingTaskExecutor->AsyncTaskExecutor->TaskExecutor
這樣的模式，最終底層為TaskExecutor.class，在替換默認的線程池時，可不指定線程池名稱。

@EnableAsync
 @Configuration
 public class TaskPoolConfig {
     @Bean(name = AsyncExecutionAspectSupport.DEFAULT_TASK_EXECUTOR_BEAN_NAME)
     public Executor taskExecutor() {
         ThreadPoolTaskExecutor executor = new ThreadPoolTaskExecutor();
          //核心線程池大小
         executor.setCorePoolSize(10);
         //最大線程數
         executor.setMaxPoolSize(20);
         //隊列容量
         executor.setQueueCapacity(200);
         //活躍時間
         executor.setKeepAliveSeconds(60);
         //線程名字前綴
         executor.setThreadNamePrefix("taskExecutor-");
         executor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
         return executor;
     }
    @Bean(name = "new_task")
     public Executor taskExecutor() {
         ThreadPoolTaskExecutor executor = new ThreadPoolTaskExecutor();
          //核心線程池大小
         executor.setCorePoolSize(10);
         //最大線程數
         executor.setMaxPoolSize(20);
         //隊列容量
         executor.setQueueCapacity(200);
         //活躍時間
         executor.setKeepAliveSeconds(60);
         //線程名字前綴
         executor.setThreadNamePrefix("taskExecutor-");
         executor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
         return executor;
     }
 }

多個線程池

@Async注解，使用系統默認或者自定義的線程池（代替默認線程池）。可在項目中設置多個線程池，在異步調用時，指明需要調用的線程池名稱，如@Async("new_task")。

| @Async部分重要源碼解析

源碼-獲取線程池方法

image.png

image.png

image.png

image.png

image.png