浅析Spring中Async注解底层异步线程池原理

原创
06/13 13:32
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一、前言

开发中我们经常会用到异步方法调用,具体到代码层面,异步方法调用的实现方式有很多种,比如最原始的通过实现Runnable接口或者继承Thread类创建异步线程,然后启动异步线程;再如,可以直接用java.util.concurrent包提供的线程池相关API实现异步方法调用。

如果说可以用一行代码快速实现异步方法调用,那是不是比上面方法香很多。

Spring提供了Async注解,就可以帮助我们一行代码搞定异步方法调用。Async注解用起来是很爽,但是如果不对其底层实现做深入研究,难免有时候也会心生疑虑,甚至会因使用不当,遇见一些让人摸不着头脑的问题。

本文首先将对Async注解做简单介绍,然后和大家分享一个我们项目中因Async注解使用不当的线上问题,接着再深扒Spring源码,对Async注解底层异步线程池的实现原理一探究竟。

二、Async注解简介

Async注解定义源码

001.jpg

从源码可以看出@Async注解定义很简单,只需要关注两点:

  • Target({ElementType.TYPE, ElementType.METHOD})标志Async注解可以作用在方法和类上,作用在类上时,类的所有方法可以实现异步调用。

  • String value( ) default ""是唯一字段属性,用来指定异步线程池,且该字段有缺省值。

Async注解异步调用实现原理概述

在Spring框架中,Async注解的实现是通过AOP来实现的。具体来说,Async注解是由AsyncAnnotationAdvisor这个切面类来实现的。

AsyncAnnotationAdvisor类是Spring框架中用于处理Async注解的切面,它会在被Async注解标识的方法被调用时,创建一个异步代理对象来执行方法 。这个异步代理对象会在一个新的线程中调用被@Async注解标识的方法,从而实现方法的异步执行。

在AsyncAnnotationAdvisor中,会使用AsyncExecutionInterceptor来处理Async注解。AsyncExecutionInterceptor是实现了MethodInterceptor接口的类,用于拦截被Async注解标识的方法的调用,并在一个新的线程中执行这个方法。

通过AOP的方式实现Async注解的异步执行,Spring框架可以在方法调用时动态地创建代理对象来实现异步执行,而不需要在业务代码中显式地创建新线程。

总的来说,Async注解的实现是通过AOP机制来实现的,具体的切面类是AsyncAnnotationAdvisor,它利用AsyncExecutionInterceptor来处理被Async注解标识的方法的调用,实现方法的异步执行。

三、Async注解底层异步线程池原理探究

获取Async注解线程池主流程解析

进入到Spring源码Async注解AOP切面实现部分,我们重点剖析异步调用实现中线程池是怎么处理的。下图是org.springframework.aop.interceptor.AsyncExecutionInterceptor#invoke方法的实现,可以看出是调用determineAsyncExecutor方法获取异步线程池。 002.jpg AsyncExecutionInterceptor#invoke

下图是determineAsyncExecutor方法实现: 003.jpg

004.jpg

上方的图为AsyncExecutionInterceptor#determineAsyncExecutor,下方的图为AsyncExecutionAspectSupport#getExecutorQualifier

从代码实现中可以看到determineAsyncExecutor获取线程池的大致流程: 005.jpg determineAsyncExecutor获取线程池流程

如果在使用Async注解时指定了自定义线程池比较好理解,如果使用Async注解时没有指定自定义线程池,Spring是怎么处理默认线程池呢?继续深入源码看看Spring提供的默认线程池的实现。

Spring是怎么为Async注解提供默认线程池的

Async注解默认线程池有下面两个方法实现:

  • org.springframework.aop.interceptor.AsyncExecutionInterceptor#getDefaultExecutor

  • org.springframework.aop.interceptor.AsyncExecutionAspectSupport#getDefaultExecutor

006.jpg AsyncExecutionInterceptor#getDefaultExecutor

可以看出AsyncExecutionInterceptor#getDefaultExecutor方法比较简单:先尝试调用父类AsyncExecutionAspectSupport#getDefaultExecutor方法获取线程池,如果父类方法获取不到线程池再用创建SimpleAsyncTaskExecutor对象作为Async的线程池返回。

007.jpg AsyncExecutionAspectSupport#getDefaultExecutor

再来看父类AsyncExecutionAspectSupport#getDefaultExecutor方法的实现,可以看到Spring根据类型从Spring容器中获取TaskExecutor类的实例,先记住这个关键点

我们知道,Spring根据类型获取实例时,如果spring容器中有且只有一个指定类型的实例对象,会直接返回,否则的话,会抛出NoUniqueBeanDefinitionException异常或者NoSuchBeanDefinitionException异常。

但是,对于Executor类型,Spring容器却"网开一面",有一个特殊处理:当从Spring容器中获取Executor实例对象时,如果满足@ConditionalOnMissingBean(Executor.class)条件,Spring容器会自动装载一个ThreadPoolTaskExecutor实例对象,而ThreadPoolTaskExecutor是TaskExecutor的实现类

008.jpg

009.jpg

上方的图为TaskExecutionAutoConfiguration,下方的图为TaskExecutionProperties

从TaskExecutionProperties和TaskExecutionAutoConfiguration两个配置类我们看到Spring自动装载的ThreadPoolTaskExecutor线程池对象的参数:核心线程数=8;最大线程数=Integer.MAX_VALUE;队列大小=Integer.MAX_VALUE。

四、总结

现在Async注解线程池源码已经看的差不多了,下面这张图是Spring处理Async异步线程池的流程: 100.jpg Async异步线程池获取流程

归纳一下:如果在使用Async注解时没有指定自定义的线程池会出现以下几种情况:

  • 当Spring容器中有且仅有一个TaskExecutor实例时,Spring会用这个线程池来处理Async注解的异步任务,这可能会踩坑,如果这个TaskExecutor实例是第三方jar引入的,可能会出现很诡异的问题。

  • Spring创建一个核心线程数=8、最大线程数=Integer.MAX_VALUE、队列大小=Integer.MAX_VALUE的线程池 来处理Async注解的异步任务,这时候也可能会踩坑,由于线程池参数设置不合理,核心线程数=8,队列大小过大,如果有大批量并发任务,可能会出现OOM

  • Spring创建SimpleAsyncTaskExecutor实例 来处理Async注解的异步任务,SimpleAsyncTaskExecutor不是一个好的线程池实现类,SimpleAsyncTaskExecutor根据需要在当前线程或者新线程中执行异步任务。如果当前线程已经有空闲线程可用,任务将在当前线程中执行,否则将创建一个新线程来执行任务。由于这个线程池没有线程管理的能力,每次提交任务都实时创建新城,所以如果任务量大,会导致性能下降

*文/Simon

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