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SpringBoot如何实现异步处理 四种方式

本篇文章草莓视频在线观看APP以SpringBoot中异步的使用(包括:异步调用和异步方法两个维度)来进行讲解,SpringBoot异步处理的四种实现方式,供大家学习参考。

异步请求与同步请求

草莓视频在线观看APP先通过一张图来区分一下异步请求和同步请求的区别:

在上图中有三个角色:客户端、Web容器和业务处理线程。

两个流程中客户端对Web容器的请求,都是同步的。因为它们在请求客户端时都处于阻塞等待状态,并没有进行异步处理。

在Web容器部分,第一个流程采用同步请求,第二个流程采用异步回调的形式。

通过异步处理,可以先释放容器分配给请求的线程与相关资源,减轻系统负担,从而增加了服务器对客户端请求的吞吐量。但并发请求量较大时,通常会通过负载均衡的方案来解决,而不是异步。

Servlet3.0中的异步

Servlet 3.0之前,Servlet采用Thread-Per-Request的方式处理请求,即每一次Http请求都由一个线程从头到尾处理。当涉及到耗时操作时,性能问题便比较明显。

Servlet 3.0中提供了异步处理请求。可以先释放容器分配给请求的线程与相关资源,减轻系统负担,从而增加服务的吞吐量。

Servlet 3.0的异步是通过AsyncContext对象来完成的,它可以从当前线程传给另一个线程,并归还初始线程。新的线程处理完业务可以直接返回结果给客户端。

AsyncContext对象可以从HttpServletRequest中获取:

@RequestMapping("/async")public void async(HttpServletRequest request) { AsyncContext asyncContext = request.getAsyncContext();}

在AsyncContext中提供了获取ServletRequest、ServletResponse和添加监听(addListener)等功能:

public interface AsyncContext { ServletRequest getRequest(); ServletResponse getResponse(); void addListener(AsyncListener var1); void setTimeout(long var1); // 省略其他方法}

不仅可以通过AsyncContext获取Request和Response等信息,还可以设置异步处理超时时间。通常,超时时间(单位毫秒)是需要设置的,不然无限等下去不就与同步处理一样了。

通过AsyncContext的addListener还可以添加监听事件,用来处理异步线程的开始、完成、异常、超时等事件回调。

addListener方法的参数AsyncListener的源码如下:

public interface AsyncListener extends EventListener { // 异步执行完毕时调用 void onComplete(AsyncEvent var1) throws IOException; // 异步线程执行超时调用 void onTimeout(AsyncEvent var1) throws IOException; // 异步线程出错时调用 void onError(AsyncEvent var1) throws IOException; // 异步线程开始时调用 void onStartAsync(AsyncEvent var1) throws IOException;}

通常,异常或超时时返回调用方错误信息,而异常时会处理一些清理和关闭操作或记录异常日志等。

基于Servlet方式实现异步请求

下面直接看一个基于Servlet方式的异步请求示例:

@GetMapping(value = "/email/send")public void servletReq(HttpServletRequest request) { AsyncContext asyncContext = request.startAsync(); // 设置监听器:可设置其开始、完成、异常、超时等事件的回调处理 asyncContext.addListener(new AsyncListener() { @Override public void onTimeout(AsyncEvent event) { System.out.println("处理超时了..."); } @Override public void onStartAsync(AsyncEvent event) { System.out.println("线程开始执行"); } @Override public void onError(AsyncEvent event) { System.out.println("执行过程中发生错误:" + event.getThrowable().getMessage()); } @Override public void onComplete(AsyncEvent event) { System.out.println("执行完成,释放资源"); } }); //设置超时时间 asyncContext.setTimeout(6000); asyncContext.start(new Runnable() { @Override public void run() { try { Thread.sleep(5000); System.out.println("内部线程:" + Thread.currentThread().getName()); asyncContext.getResponse().getWriter().println("async processing"); } catch (Exception e) { System.out.println("异步处理发生异常:" + e.getMessage()); } // 异步请求完成通知,整个请求完成 asyncContext.complete(); } }); //此时request的线程连接已经释放了 System.out.println("主线程:" + Thread.currentThread().getName());}

启动项目,访问对应的URL,打印日志如下:

主线程:http-nio-8080-exec-4内部线程:http-nio-8080-exec-5执行完成,释放资源

可以看出,上述代码先执行完了主线程,也就是程序的最后一行代码的日志打印,然后才是内部线程的执行。内部线程执行完成,AsyncContext的onComplete方法被调用。

如果通过浏览器访问对应的URL,还可以看到该方法的返回值“async processing”。说明内部线程的结果同样正常的返回到客户端了。

基于Spring实现异步请求

基于Spring可以通过Callable、DeferredResult或者WebAsyncTask等方式实现异步请求。

基于Callable实现

对于一次请求(/email),基于Callable的处理流程如下:

1、Spring MVC开启副线程处理业务(将Callable提交到TaskExecutor);

2、DispatcherServlet和所有的Filter退出Web容器的线程,但是response保持打开状态;

3、Callable返回结果,SpringMVC将原始请求重新派发给容器(再重新请求一次/email),恢复之前的处理;

4、DispatcherServlet重新被调用,将结果返回给用户;

代码实现示例如下:

@GetMapping("/email")public Callable order() { System.out.println("主线程开始:" + Thread.currentThread().getName()); Callable result = () -> { System.out.println("副线程开始:" + Thread.currentThread().getName()); Thread.sleep(1000); System.out.println("副线程返回:" + Thread.currentThread().getName()); return "success"; }; System.out.println("主线程返回:" + Thread.currentThread().getName()); return result;}

访问对应URL,控制台输入日志如下:

主线程开始:http-nio-8080-exec-1主线程返回:http-nio-8080-exec-1副线程开始:task-1副线程返回:task-1

通过日志可以看出,主线程已经完成了,副线程才进行执行。同时,URL返回结果“success”。这也说明一个问题,服务器端的异步处理对客户端来说是不可见的。

Callable默认使用SimpleAsyncTaskExecutor类来执行,这个类非常简单而且没有重用线程。在实践中,需要使用AsyncTaskExecutor类来对线程进行配置。

这里通过实现WebMvcConfigurer接口来完成线程池的配置。

@Configurationpublic class WebConfig implements WebMvcConfigurer { @Resource private ThreadPoolTaskExecutor myThreadPoolTaskExecutor; /** * 配置线程池 */ @Bean(name = "asyncPoolTaskExecutor") public ThreadPoolTaskExecutor getAsyncThreadPoolTaskExecutor() { ThreadPoolTaskExecutor taskExecutor = new ThreadPoolTaskExecutor(); taskExecutor.setCorePoolSize(2); taskExecutor.setMaxPoolSize(10); taskExecutor.setQueueCapacity(25); taskExecutor.setKeepAliveSeconds(200); taskExecutor.setThreadNamePrefix("thread-pool-"); // 线程池对拒绝任务(无线程可用)的处理策略,目前只支持AbortPolicy、CallerRunsPolicy;默认为后者 taskExecutor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy()); taskExecutor.initialize(); return taskExecutor; } @Override public void configureAsyncSupport(final AsyncSupportConfigurer configurer) { // 处理callable超时 configurer.setDefaultTimeout(60 * 1000); configurer.setTaskExecutor(myThreadPoolTaskExecutor); configurer.registerCallableInterceptors(timeoutCallableProcessingInterceptor()); } @Bean public TimeoutCallableProcessingInterceptor timeoutCallableProcessingInterceptor() { return new TimeoutCallableProcessingInterceptor(); }}

为了验证打印的线程,草莓视频在线观看APP将实例代码中的System.out.println替换成日志输出,会发现在使用线程池之前,打印日志如下:

2023-02-21 09:45:37.144  INFO 8312 --- [nio-8080-exec-1] c.s.learn.controller.AsynController      : 主线程开始:http-nio-8080-exec-12023-02-21 09:45:37.144  INFO 8312 --- [nio-8080-exec-1] c.s.learn.controller.AsynController      : 主线程返回:http-nio-8080-exec-12023-02-21 09:45:37.148  INFO 8312 --- [         task-1] c.s.learn.controller.AsynController      : 副线程开始:task-12023-02-21 09:45:38.153  INFO 8312 --- [         task-1] c.s.learn.controller.AsynController      : 副线程返回:task-1

线程名称为“task-1”。让线程池生效之后,打印日志如下:

2023-02-21 09:50:28.950  INFO 8339 --- [nio-8080-exec-1] c.s.learn.controller.AsynController      : 主线程开始:http-nio-8080-exec-12023-02-21 09:50:28.951  INFO 8339 --- [nio-8080-exec-1] c.s.learn.controller.AsynController      : 主线程返回:http-nio-8080-exec-12023-02-21 09:50:28.955  INFO 8339 --- [  thread-pool-1] c.s.learn.controller.AsynController      : 副线程开始:thread-pool-12023-02-21 09:50:29.956  INFO 8339 --- [  thread-pool-1] c.s.learn.controller.AsynController      : 副线程返回:thread-pool-1

线程名称为“thread-pool-1”,其中前面的“thread-pool”正是草莓视频在线观看APP配置的线程池前缀。

除了线程池的配置,还可以配置统一异常处理,这里就不再演示了。

基于WebAsyncTask实现

Spring提供的WebAsyncTask是对Callable的包装,提供了更强大的功能,比如:处理超时回调、错误回调、完成回调等。

@GetMapping("/webAsyncTask")public WebAsyncTask webAsyncTask() { log.info("外部线程:" + Thread.currentThread().getName()); WebAsyncTask result = new WebAsyncTask(60 * 1000L, new Callable() { @Override public String call() { log.info("内部线程:" + Thread.currentThread().getName()); return "success"; } }); result.onTimeout(new Callable() { @Override public String call() { log.info("timeout callback"); return "timeout callback"; } }); result.onCompletion(new Runnable() { @Override public void run() { log.info("finish callback"); } }); return result;}

访问对应请求,打印日志:

2023-02-21 10:22:33.028  INFO 8547 --- [nio-8080-exec-1] c.s.learn.controller.AsynController      : 外部线程:http-nio-8080-exec-12023-02-21 10:22:33.033  INFO 8547 --- [  thread-pool-1] c.s.learn.controller.AsynController      : 内部线程:thread-pool-12023-02-21 10:22:33.055  INFO 8547 --- [nio-8080-exec-2] c.s.learn.controller.AsynController      : finish callback

基于DeferredResult实现

DeferredResult使用方式与Callable类似,但在返回结果时不一样,它返回的时实际结果可能没有生成,实际的结果可能会在另外的线程里面设置到DeferredResult中去。

DeferredResult的这个特性对实现服务端推技术、订单过期时间处理、长轮询、模拟MQ的功能等高级应用非常重要。

关于DeferredResult的使用先来看一下官方的例子和说明:

@RequestMapping("/quotes")@ResponseBodypublic DeferredResult quotes() { DeferredResult deferredResult = new DeferredResult(); // Save the deferredResult in in-memory queue ... return deferredResult;}// In some other thread...deferredResult.setResult(data);

上述示例中草莓视频在线观看APP可以发现DeferredResult的调用并不一定在Spring MVC当中,它可以是别的线程。官方的解释也是如此:

In this case the return value will also be produced from a separate thread. However, that thread is not known to Spring MVC. For example the result may be produced in response to some external event such as a JMS message, a scheduled task, etc.

也就是说,DeferredResult返回的结果也可能是由MQ、定时任务或其他线程触发。来个实例:

@Controller@RequestMapping("/async/controller")public class AsyncHelloController { private List deferredResultList = new ArrayList(); @ResponseBody @GetMapping("/hello") public DeferredResult helloGet() throws Exception { DeferredResult deferredResult = new DeferredResult(); //先存起来,等待触发 deferredResultList.add(deferredResult); return deferredResult; } @ResponseBody @GetMapping("/setHelloToAll") public void helloSet() throws Exception { // 让所有hold住的请求给与响应 deferredResultList.forEach(d -> d.setResult("say hello to all")); }}

第一个请求/hello,会先将deferredResult存起来,前端页面是一直等待(转圈)状态。直到发第二个请求:setHelloToAll,所有的相关页面才会有响应。

整个执行流程如下:

controller返回一个DeferredResult,把它保存到内存里或者List里面(供后续访问);Spring MVC调用request.startAsync(),开启异步处理;与此同时将DispatcherServlet里的拦截器、Filter等等都马上退出主线程,但是response仍然保持打开的状态;应用通过另外一个线程(可能是MQ消息、定时任务等)给DeferredResult#setResult值。然后SpringMVC会把这个请求再次派发给servlet容器;DispatcherServlet再次被调用,然后处理后续的标准流程;

通过上述流程可以发现:利用DeferredResult可实现一些长连接的功能,比如当某个操作是异步时,可以先保存对应的DeferredResult对象,当异步通知回来时,再找到这个DeferredResult对象,在setResult处理结果即可。从而提高性能。

SpringBoot中的异步实现

在SpringBoot中将一个方法

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