SpringBoot常见异步编程，你会多少？

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近期热推文章：

    1、springBoot对接kafka,批量、并发、异步获取消息,并动态、批量插入库表;

    2、SpringBoot用线程池ThreadPoolTaskExecutor异步处理百万级数据;

    3、基于Redis实现关注、取关、共同关注及消息推送(含源码)

    4、SpringBoot整合多数据源，并支持动态新增与切换（详细教程）

    5、SpringBoot使用@Async实现多线程异步

    6、研发必会-异步编程利器之CompletableFuture(含源码 中)

 前言：异步执行对于开发者来说并不陌生，在实际的开发过程中，很多场景都会使用到异步，相比同步执行，异步可以大大缩短请求链路耗时时间，比如：「发送短信、消息、邮件、异步更新、缓存一致性等」，这些都是典型的可以通过异步实现的场景。

一、什么是异步编程？

        异步编程是让程序并发运行的一种手段。它允许多个事件同时发生，当程序调用需要长时间运行的方法时，它不会阻塞当前的执行流程，程序可以继续运行。

核心思路：采用多线程优化性能，将串行操作变成并行操作。异步模式设计的程序可以显著减少线程等待，从而在高吞吐量场景中，极大提升系统的整体性能，显著降低时延。

二、线程 Thread

public class AsyncThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Current thread name:" + Thread.currentThread().getName() + " Send email success!");
    }
 
    public static void main(String[] args) {
        AsyncThread asyncThread = new AsyncThread();
        asyncThread.run();
    }

若每次都创建一个Thread线程，频繁创建、销毁，浪费系统资源，可以采用线程池，将业务逻辑封装到Runnable或Callable中，交由线程池来执行。

private ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
public void fun() {    executorService.submit(new Runnable() {        @Override        public void run() {            log.info("执行业务逻辑...");        }    });}

三、异步框架 CompletableFuture--jdk1.8

        java中提供的一个异步执行类，有些业务不仅要执行过程，还要获取执行结果。Future 类通过 get() 方法阻塞等待获取异步执行的运行结果，性能比较差。JDK1.8 中，Java 提供了 CompletableFuture 类，它是基于异步函数式编程。相对阻塞式等待返回结果，CompletableFuture 可以通过回调的方式来处理计算结果，实现了异步非阻塞，性能更优。(作用在某个代码块上)

优点：1、异步任务结束时，会自动回调某个对象的方法；

          2、异步任务出错时，会自动回调某个对象的方法；

•       3、主线程设置好回调后，不再关心异步任务的执行。

参考前面文章：

1、研发必会-异步编程利器之CompletableFuture(上)

2、研发必会-异步编程利器之CompletableFuture(含源码 中)

优点：

        1、更加灵活，可以配置线程池等异步执行的相关参数。

        2、可以通过实现AsyncUncaughtExceptionHandler接口来捕获异步执行中的异常。

缺点：

        1、需要在代码中手动创建线程池，相对比较繁琐。

        2、方法必须返回Future或CompletableFuture等类型，否则无法异步执行。

四、 SpringBoot 注解 @Async

      SpringBoot 框架还提供了注解式解决方案，以方法体为边界，方法体内部的代码逻辑全部按异步方式执行，当调用方法会单独开启一个线程进行调用。用 @Async 注解标记的方法，称为异步方法。在需要被异步调用的方法外加上 @Async。注意：所使用的 @Async 注解方法的类对象应该是Spring容器管理的bean对象。(作用在方法体上，不能直接获取异步结果)

注意：@Async的粒度比较大，在使用的时候只能添加到方法上，并且需要自定义线程池。

具体实现方式参考前面的文章：SpringBoot使用@Async实现多线程异步

在实际项目中， 推荐使用@Async的自定义线程池，不推荐直接使用@Async直接实现异步。

例如：

优点：

      1、简单易用，只需要在方法上添加@Async注解即可。

      2、依赖Spring框架，集成度高，可以与其他Spring组件无缝协作。

缺点：

      1、方法必须是public，否则异步执行无效。

      2、不能直接获取异步执行结果，需要使用Future或

            CompletableFuture等类型。

五、消息队列MQ

        消息队列天生是异步架构，具有超高吞吐量和超低时延。消息队列异步架构的主要角色包括消息生产者、消息队列和消息消费者。借助消息队列这个中间件可以高效地实现异步编程。

常见MQ有：

具体实现方式参考前面的文章：(RabbitMQ后面会专题讲述，敬请期待)

1、Redis实现消息队列

六、Spring的ApplicationEvent事件实现异步

定义事件：

public class AsyncSendEmailEvent extends ApplicationEvent {    private String email;  //邮箱    private String subject;  //主题    private String content; //内容    private String targetUserId;  //接收者}

定义事件处理器:

@Slf4j@Componentpublic class AsyncSendEmailEventHandler        implements ApplicationListener<AsyncSendEmailEvent> {    @Autowired    private IMessageHandler mesageHandler;       @Async("taskExecutor")    @Override    public void onApplicationEvent(AsyncSendEmailEvent event) {        if (event == null) {            return;        }        String email = event.getEmail();        String subject = event.getSubject();        String content = event.getContent();        String targetUserId = event.getTargetUserId();        mesageHandler.sendsendEmailSms(email, subject, content, targerUserId);      }}

可能有时采用ApplicationEvent实现异步的时候，当程序出现异常错误的时候，需要考虑补偿机制，这时候可以结合Spring Retry重试来帮助我们避免这种异常造成数据不一致问题。

七、Hutool的ThreadUtil异步工具类

      Hutool的ThreadUtil异步工具类，是第三方异步框架。并发的核心在线程。

参考：https://www.hutool.cn/docs/#/core

代码参考：

@Slf4jpublic class ThreadUtils {    public static void main(String[] args) {        for (int i = 0; i < 3; i++) {            ThreadUtil.execAsync(() -> {                ThreadLocalRandom threadLocalRandom = ThreadLocalRandom.current();                int number = threadLocalRandom.nextInt(20) + 1;                System.out.println(number);            });            log.info("当前第：" + i + "线程");        }        log.info("task finish!");    }}

八、Guava异步

        Guava的ListenableFuture顾名思义就是可以监听的Future，是对java原生Future的扩展增强。Future表示一个异步计算任务，当任务完成时可以得到计算结果。如果希望一旦计算完成就拿到结果展示给用户或者做另外的计算，就必须使用另一个线程不断的查询计算状态。这样做，代码复杂，而且效率低下。使用「Guava ListenableFuture」可以帮检测Future是否完成，不需要再通过get()方法等待异步的计算结果，如果完成就自动调用回调函数，这样可以减少并发程序的复杂度。

ListenableFuture是一个接口，它从jdk的Future接口继承，添加了void addListener(Runnable listener, Executor executor)方法。

定义ListenableFuture的实例：

ListeningExecutorService executorService = MoreExecutors.listeningDecorator(Executors.newCachedThreadPool());  final ListenableFuture<Integer> listenableFuture = executorService.submit(new Callable<Integer>() {    @Override    public Integer call() throws Exception {      log.info("callable execute...")      TimeUnit.SECONDS.sleep(1);      return 1;    }  });

首先通过MoreExecutors类的静态方法listeningDecorator方法初始化一个ListeningExecutorService的方法，然后使用此实例的submit方法即可初始化ListenableFuture对象。

ListenableFuture要做的工作，在Callable接口的实现类中定义，这里只是休眠了1秒钟然后返回一个数字1，有了ListenableFuture实例，可以执行此Future并执行Future完成之后的回调函数。

参考案例：

Futures.addCallback(listenableFuture, new FutureCallback<Integer>() {    @Override    public void onSuccess(Integer result) {        //成功执行...        System.out.println("Get listenable future's result with callback " + result);    }
    @Override    public void onFailure(Throwable t) {        //异常情况处理...        t.printStackTrace();    }});

九、使用 TaskExecutor 实现异步任务

      TaskExecutor 是 Spring 提供的一个接口，它定义了一个方法 execute()，用来执行异步任务。使用 TaskExecutor 需要满足以下条件：

    1、需要在 Spring 配置文件中配置一个 TaskExecutor 实例；

    2、在异步方法中调用 execute() 方法来执行异步任务。

具体实现方式参考前面的文章：

1、SpringBoot用线程池ThreadPoolTaskExecutor异步处理百万级数据

2、SpringBoot用线程池ThreadPoolExecutor处理百万级数据

优点：

      1、基于Spring内置的线程池实现，省去手动配置线程池的繁琐过程。

     2、可以设置队列容量和拒绝策略，控制异步任务的执行顺序和并发量。

缺点：

      略微复杂，需要手动创建ThreadPoolTaskExecutor实例，并将其注入到需要异步执行的方法中。

最后总结：

      异步编程是一种强大的编程技术，可以处理并发任务时显著提升性能和响应性。将耗时的操作放在后台执行，异步编程使主线程继续执行其他任务而不需要等待。

      在现代应用程序中，异步编程已变得愈发重要，特别是在涉及:网络请求、数据库操作、IO操作或计算密集型任务时。通过使用异步编程，我们可以充分利用多核处理器和并发性，最大程度地提高程序的效率。

      然而，异步编程也需谨慎使用，特别是在处理复杂的并发逻辑时。在异步代码中，需要注意处理线程安全性和竞态条件，以避免潜在的并发问题。

参考文章：

https://blog.csdn.net/justlpf/article/details/130681028

https://www.jb51.net/program/285954ybr.htm

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