Springboot异步多线程编程

article/2025/9/16 5:59:08

文章目录

  • 一、基础知识
  • 二、什么时候用同步&异步
  • 三、什么时候需要使用多线程
  • 四、springboot异步多线程编程实现

一、基础知识

同步：同步就是指一个进程在执行某个请求的时候，若该请求需要一段时间才能返回信息，那么这个进程将会一直等待下去，直到收到返回信息才继续执行下去;
异步：异步是指进程不需要一直等下去，而是继续执行下面的操作。当有消息返回时系统会通知进程进行处理，这样可以提高执行的效率。

进程：进程是独立的应用程序，占用cpu资源和物理内存。一个进程包括由操作系统分配的内存空间，包含一个或多个线程；
线程：线程是进程中虚拟的时间片，一个线程不能独立的存在，它必须是进程的一部分。
多线程：实际上就是时间片的轮转或者抢占。多线程能满足编写高效率的程序来达到充分利用CPU的目的；

二、什么时候用同步&异步

什么时候用同步：如果数据在线程间共享，例如正在写的数据可能被另外一个线程读到，而正在读的数据可能被另外一个线程写到，这些数据是共享的数据。这时就必须进行同步存取操作，否者前后读取的数据就有可能不一致；

什么时候用异步：调用一个需要花费很长时间来执行的方法的时候，并且不需要让程序等待对方返回，这时就应该使用异步编程；

必须使用同步的场景举例：
有一个共享的银行账号，原来里面有余额1000元，现在有两个用户A，B都要进行取钱；
首先A查询账号剩余1000元，A想要取出200元，A点击取款，系统正在处理取款事项…
紧接着在A取款的过程中B查询同一个账号还有1000元，B也想要取走200元；
A取完款后剩余800元，正常。而B取完款后理论上应该剩余600元，但是实际上还是剩余800元。这种场景就必须使用同步，而不能使用异步；

三、什么时候需要使用多线程

举个例子：
假设有个请求，服务端的处理需要执行3个比较耗时的操作：
1、操作1（200ms）
2、操作2（200ms）
3、操作3（200ms）
单线程总共就需要600ms，但如果把操作1、操作2、操作3分别分给3个线程去做，就只需要200ms了。

但是假设另外一个请求，服务端的处理也需要执行3个操作：
1、操作1（10ms）
2、操作2（10ms）
3、操作3（400ms）
单线程总共就需要420ms，这种情况下，即使把操作1、操作2、操作3分别分给3个线程去做，也需要400ms（耗时取决于最慢的那个线程的执行速度）。比起不用单线程，只节省了20ms。但是有可能线程调度切换也要花费个1、2ms。因此，这个方案显得优势就不明显了，还带来程序复杂度提升，不太值得，此时更好的方案是去优化降低操作3的耗时。

四、springboot异步多线程编程实现

4.1 使用idea创建springboot web项目，工程最终目录结构如下：
在这里插入图片描述
4.2 首先创建springboot的线程池配置：
common包下面创建ExecutorConfig类，用于自定义线程池的相关配置。使用@Configuration和@EnableAsync这两个注解，表示这是线程池的配置类。

@Configuration
@EnableAsync
@Slf4j
public class ExecutorConfig {/** 核心线程数(默认线程数) */private int corePoolSize = 10;/** 最大线程数 */private int maxPoolSize = 20;/** 允许线程空闲时间（单位：默认为秒） */private static final int keepAliveTime = 60;/** 缓冲队列大小 */private int queueCapacity = 10;@Beanpublic Executor asyncServiceExecutor(){log.info("start asyncServiceExecutor");ThreadPoolTaskExecutor executor=new ThreadPoolTaskExecutor();//配置核心线程数executor.setCorePoolSize(corePoolSize);//配置最大线程数executor.setMaxPoolSize(maxPoolSize);//配置空闲时间executor.setKeepAliveSeconds(keepAliveTime);//配置队列大小executor.setQueueCapacity(queueCapacity);//配置线程前缀名executor.setThreadNamePrefix("async-service-");// rejection-policy：当pool已经达到max size的时候，如何处理新任务// CALLER_RUNS：不在新线程中执行任务，而是有调用者所在的线程来执行executor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());//执行初始化executor.initialize();return executor;}
}

4.3 service层接口和实现：
service包下新增server层的接口AsyncService类和对应的实现类AsyncServiceImpl。AsyncService内容如下：

public interface AsyncService {/*** 执行异步任务**/void executeAsync();
}

AsyncServiceImpl类内容如下，注意：
1.在executeAsync方法上增加注解@Async(“asyncServiceExecutor”) ；
2.@Async表示使用异步实现方式
3.括号里的asyncServiceExecutor是前面ExecutorConfig.java中的方法名，表明executeAsync方法使用asyncServiceExecutor方法创建的线程池多线程执行：

@Slf4j
@Service
public class AsyncServiceImpl implements AsyncService {//异步多线程调用@Async("asyncServiceExecutor")public void executeAsync() {log.info("start executeAsync");try{Thread.sleep(2000);}catch (Exception e){e.printStackTrace();}log.info("end executeAsync");}
}

4.4 controller层实现：
创建HelloController类，新增/test http接口，调用server层的executeAsync服务。

@Slf4j
@RestController
public class HelloController {@Autowiredprivate AsyncService asyncService;//异步多线程调用方法，不用等方法返回结果@RequestMapping("/test")public String test(){log.info("start submit");//调用service层的任务asyncService.executeAsync();log.info("end submit");return "success";}
}

4.5 验证效果：

验证异步效果：
1.先将ExecutorConfig类下corePoolSize设置为1，表示只用1个线程。然后运行springboot；
2.springboot启动成功后，在浏览器输入：http://localhost:8080/test 。 可以看到虽然我们前面AsyncServiceImpl代码中sleep了2秒，但由于使用的是异步实现，所以接口马上直接先返回了success，而不需要等待2秒后再返回。
在这里插入图片描述
后台日志也能看到，异步接口controller层很快就执行结束，然后service方法继续按代码执行了2秒：
在这里插入图片描述
验证多线程效果：
1.corePoolSize设置为1时，使用Jmeter同时调用接口：http://localhost:8080/test 4次；
2.在springboot的控制台看见日志如下：
在这里插入图片描述
可以看出是1个线程每隔2秒执行完一次start&end executeAsync, 执行4次总共花费了8秒时间；

3.将corePoolSize设置为10，重启sprintboot；
4.再次使用Jmeter同时调用接口：http://localhost:8080/test 4次；
5.在springboot的控制台看见日志如下：
在这里插入图片描述
可以看出是4个线程同时在执行，执行完4次start&end executeAsync, 总共花费了2秒时间，这就是多线程可以提高程序运行效率的体现。

4.6 获取多线程的返回值：
Java自jdk1.5以后，提供了java.util.concurrent.Future来获取异步线程返回的结果。 主线程会创建一个 Future 接口的对象，然后启动并发线程，并告诉并发线程，一旦你执行完毕，就把结果存储在这个 Future 对象里。

一般情况下，我们会把长时间运行的逻辑放在异步线程中进行处理，这是使用 Future 接口最理想的场景。主线程只要简单的将异步任务封装在 Future 里，然后开始等待 Future 的完成，在这段等待的时间内，可以处理一些其它逻辑，一旦 Future 执行完毕，就可以从中获取执行的结果并进一步处理。

AsyncServiceImpl类中增加两个方法：

    //多线程调用并获取回调结果@Async("asyncServiceExecutor")public Future<String> sendMessageAsync1(){log.info("异步发送消息1---执行开始");try {Thread.sleep(2000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}log.info("异步发送消息1---执行结束");return new AsyncResult<>("异步发送消息1");}@Async("asyncServiceExecutor")public Future<String> sendMessageAsync2(){log.info("异步发送消息2---执行开始");try {Thread.sleep(2000);} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}log.info("异步发送消息2---执行结束");return new AsyncResult<>("异步发送消息2");}

AsyncService类中增加接口：

    Future<String> sendMessageAsync1();Future<String> sendMessageAsync2();

Controller中增加http接口调用：

    //异步多线程调用，但是要等方法回调结果。用多线程，所以只需要2秒@RequestMapping("/sendMessageAsync")public String sendMessageAsync() throws ExecutionException, InterruptedException {System.out.println("开始时间："+new Date());Future<String> sendMessageAsync1 = asyncService.sendMessageAsync1();Future<String> sendMessageAsync2 = asyncService.sendMessageAsync2();String result="";String result1="";String result2="";while(!(sendMessageAsync1.isDone() && sendMessageAsync2.isDone())){
//            System.out.println(
//                    String.format(
//                            "future1 is %s and future2 is %s",
//                            sendMessageAsync1.isDone() ? "done" : "not done",
//                            sendMessageAsync2.isDone() ? "done" : "not done"
//                    )
//            );
//            Thread.sleep(300);}result +=sendMessageAsync1.get();result +=sendMessageAsync2.get();System.out.println("结束时间："+new Date());return result;

上面使用的是先调用 Future.isDone() 判断任务是否完成，再调用 Future.get() 从完成的任务中获取任务执行的结果。

也可以直接用Future.get()并设置一个超时时间：

    @RequestMapping("/sendMessageAsync")public String sendMessageAsync() throws ExecutionException, InterruptedException {System.out.println("开始时间："+new Date());Future<String> sendMessageAsync1 = asyncService.sendMessageAsync1();Future<String> sendMessageAsync2 = asyncService.sendMessageAsync2();String result="";String result1="";String result2="";//通过future.get()方法阻塞性获取执行结果，设置超时时间为3秒，3秒还没获取到值，就超时报错try {result1=sendMessageAsync1.get(3000, TimeUnit.MILLISECONDS);} catch (TimeoutException e) {sendMessageAsync1.cancel(true);log.error("sendMessageAsync1方法超时未返回结果");e.printStackTrace();}try {result2=sendMessageAsync2.get(3000, TimeUnit.MILLISECONDS);} catch (TimeoutException e) {sendMessageAsync2.cancel(true);log.error("sendMessageAsync2方法超时未返回结果");e.printStackTrace();}result=result1+result2;System.out.println("结束时间："+new Date());return result;}

Future.get() 方法是一个阻塞方法。如果任务还没执行完毕，那么会一直阻塞直到直到任务完成
为了防止调用 Future.get() 方法阻塞当前线程，推荐的做法是先调用 Future.isDone() 判断任务是否完成，然后再调用 Future.get() 从完成的任务中获取任务执行的结果。

因为 Future.isDone() 和 Future.get() 的存在，我们就可以在等待任务完成时运行其它一些代码。使用 isDone() 和 get() 方法来获取结果，这应该是消费 Future 最常见的方式。
针对上面的代码, 如果不用isDone(),直接用get(), 那么get()阻塞的这2秒内就不能做任何其他事情。而用了while isDone(), 这2秒内则可以做一些其他的事情，比如上面代码中的输出打印一段话。

运行结果如下：
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
虽然sendMessageAsync1和sendMessageAsync2都要2秒时间，由于是多线程并行处理，所以总共只花费了2秒。

正常的单线程处理：

    //正常的单线程处理，要花4秒@RequestMapping("/sendmessage")public String sendMessage() throws ExecutionException, InterruptedException {System.out.println(new Date());//调用service层的任务String sendMessage1=asyncService.sendMessage1();String sendMessage2=asyncService.sendMessage2();String result="";result=sendMessage1+sendMessage2;System.out.println(new Date());return result;}

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
单线程顺序执行sendMessage1和sendMessage2，每一个方法执行需要2秒，总共就需要4秒才能执行完。

项目代码已上传至GitHub，需要的朋友可以自行下载： threadpooldemoserver

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