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SpringBoot 非同步程式設計淺談

2023-12-19 06:00:23

1. 需求背景

　　當我們需要提高系統的並行效能時，我們可以將耗時的操作非同步執行，從而避免執行緒阻塞，提高系統的並行效能。例如，在處理大量的並行請求時，如果每個請求都是同步阻塞的方式處

理，系統的響應時間會變得很長。而使用非同步程式設計，可以將一些耗時的操作交給其他執行緒去處理，從而釋放主執行緒，提高系統的並行能力。

2. SpringBoot如何實現非同步呼叫

　　從Spring 3開始，可以通過在方法上標註@Async註解來實現非同步方法呼叫。這意味著當我們呼叫被@Async註解修飾的方法時，它會在後臺以非同步方式執行。為了啟用非同步功能，我們需要

一個設定類，並在該類上使用@EnableAsync註解。這個註解告訴Spring要開啟非同步功能。

3. 非同步呼叫實現步驟

第一步：新建設定類，開啟@Async功能支援

　　使用@EnableAsync來開啟非同步任務支援，@EnableAsync註解可以直接放在SpringBoot啟動類上，也可以單獨放在其他設定類上。這裡選擇使用單獨的設定類SyncConfiguration。

使用@Async註解，在預設情況下用的是SimpleAsyncTaskExecutor執行緒池，該執行緒池不是真正意義上的執行緒池。

使用此執行緒池無法實現執行緒重用，每次呼叫都會新建一條執行緒。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，所以在使用Spring中的@Async非同步

框架時要自定義執行緒池，替代預設的SimpleAsyncTaskExecutor，這也是自定義設定的意義之一。

@Configuration
@EnableAsync
public class SyncConfiguration {
    @Bean(name = "asyncPoolTaskExecutor")
    public ThreadPoolTaskExecutor executor() {
        ThreadPoolTaskExecutor taskExecutor = new ThreadPoolTaskExecutor();
        //核心執行緒數，設定核心執行緒數。核心執行緒數是執行緒池中一直保持活動的執行緒數量，即使它們是空閒的。
        taskExecutor.setCorePoolSize(10);
        //設定執行緒池維護執行緒的最大數量。當緩衝佇列已滿並且核心執行緒數的執行緒都在忙碌時，執行緒池會建立新的執行緒，直到達到最大執行緒數。
        taskExecutor.setMaxPoolSize(100);
        //設定緩衝佇列的容量。當所有的核心執行緒都在忙碌時，新的任務將會被放入緩衝佇列中等待執行。
        taskExecutor.setQueueCapacity(50);
        //設定非核心執行緒的空閒時間。當超過核心執行緒數的執行緒在空閒時間達到設定值後，它們將被銷燬，以減少資源的消耗。
        taskExecutor.setKeepAliveSeconds(200);
        //非同步方法內部執行緒名稱
        taskExecutor.setThreadNamePrefix("async-");
        /**
         * 當執行緒池的任務快取佇列已滿並且執行緒池中的執行緒數目達到maximumPoolSize，如果還有任務到來就會採取任務拒絕策略
         * 通常有以下四種策略：
         * ThreadPoolExecutor.AbortPolicy:丟棄任務並丟擲RejectedExecutionException異常。
         * ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy：也是丟棄任務，但是不丟擲異常。
         * ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy：丟棄佇列最前面的任務，然後重新嘗試執行任務（重複此過程）
         * ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy：重試新增當前的任務，自動重複呼叫 execute() 方法，直到成功
         */
        taskExecutor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
        taskExecutor.initialize();
        return taskExecutor;
    }
}

注：

Spring提供了多種執行緒池：

  • SimpleAsyncTaskExecutor：不是真的執行緒池，這個類不重用執行緒，每次呼叫都會建立一個新的執行緒。

  • 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

  • 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

  • ThreadPoolTaskScheduler：可以使用cron表示式

  • ThreadPoolTaskExecutor ：最常使用，推薦。 其實質是對java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor的包裝

第二步：在方法上標記非同步呼叫

在非同步處理的方法上新增@Async註解，代表該方法為非同步處理。

public class AsyncTask {

    @Async
    public void Task() {
        long t1 = System.currentTimeMillis();
        Thread.sleep(5000);
        long t2 = System.currentTimeMillis();
        log.info("task cost {} ms" , t2-t1);
    }

第三步：在需要進行非同步執行的地方進行呼叫

asyncTask.Task();

　　

4. @Async的原理

  1. 當一個帶有@Async註解的方法被呼叫時，Spring會建立一個非同步代理物件來代理這個方法的呼叫。

  2. 非同步代理物件會將方法呼叫封裝為一個獨立的任務，並將該任務提交給非同步任務執行器。

  3. 非同步任務執行器從執行緒池中獲取一個空閒的執行緒，並將任務分配給該執行緒執行。

  4. 呼叫執行緒立即返回，不會等待非同步任務的執行完成。

  5. 非同步任務在獨立的執行緒中執行，直到任務完成。

  6. 非同步任務執行完成後，可以選擇返回結果或者不返回任何結果。