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异步调用提升接口并发能力

suringYu
2022-02-19 / 0 评论 / 0 点赞 / 142 阅读 / 6,078 字

异步调用几乎是处理高并发Web应用性能问题的万金油,那么什么是“异步调用”?

“异步调用”对应的是“同步调用”,同步调用指程序按照定义顺序依次执行,每一行程序都必须等待上一行程序执行完成之后才能执行;异步调用指程序在顺序执行时,不等待异步调用的语句返回结果就执行后面的程序。

同步调用

下面通过一个简单示例来直观的理解什么是同步调用:

定义Task类,创建三个处理函数分别模拟三个执行任务的操作,操作消耗时间随机取(10秒内)

@Component
public class Task {
 
    public static Random random =new Random();
 
    public void doTaskOne() throws Exception {
        System.out.println("开始做任务一");
        long start = System.currentTimeMillis();
        Thread.sleep(random.nextInt(10000));
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("完成任务一,耗时:" + (end - start) + "毫秒");
    }
 
    public void doTaskTwo() throws Exception {
        System.out.println("开始做任务二");
        long start = System.currentTimeMillis();
        Thread.sleep(random.nextInt(10000));
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("完成任务二,耗时:" + (end - start) + "毫秒");
    }
 
    public void doTaskThree() throws Exception {
        System.out.println("开始做任务三");
        long start = System.currentTimeMillis();
        Thread.sleep(random.nextInt(10000));
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("完成任务三,耗时:" + (end - start) + "毫秒");
    }
 
}

在单元测试用例中,注入Task对象,并在测试用例中执行doTaskOne、doTaskTwo、doTaskThree三个函数。

@RunWith(SpringJUnit4ClassRunner.class)
@SpringApplicationConfiguration(classes = Application.class)
public class ApplicationTests {
 
    @Autowired
    private Task task;
 
    @Test
    public void test() throws Exception {
        task.doTaskOne();
        task.doTaskTwo();
        task.doTaskThree();
    }
 
}

执行单元测试,可以看到类似如下输出:

开始做任务一
完成任务一,耗时:4256毫秒
开始做任务二
完成任务二,耗时:4957毫秒
开始做任务三
完成任务三,耗时:7173毫秒

任务一、任务二、任务三顺序的执行完了,换言之doTaskOne、doTaskTwo、doTaskThree三个函数顺序的执行完成。

异步调用

上述的同步调用虽然顺利的执行完了三个任务,但是可以看到执行时间比较长,若这三个任务本身之间不存在依赖关系,可以并发执行的话,同步调用在执行效率方面就比较差,可以考虑通过异步调用的方式来并发执行。

在Spring Boot中,我们只需要通过使用@Async注解就能简单的将原来的同步函数变为异步函数,Task类改在为如下模式:

@Componentpublic
class Task {   
    @Async    
    public void doTaskOne() throws Exception {      
        // 同上内容,省略    
    }    
    @Async   
    public void doTaskTwo() throws Exception {      
        // 同上内容,省略    
    }    
    @Async    
    public void doTaskThree() throws Exception {  
        // 同上内容,省略    
    } 
}

为了让@Async注解能够生效,还需要在Spring Boot的主程序中配置@EnableAsync,如下所示:

@SpringBootApplication
@EnableAsyncpublic 
class Application {     
    public static void main(String[] args) {        
        SpringApplication.run(Application.class, args);  
    } 
}

此时可以反复执行单元测试,您可能会遇到各种不同的结果,比如:

  • 没有任何任务相关的输出

  • 有部分任务相关的输出

  • 乱序的任务相关的输出

原因是目前doTaskOne、doTaskTwo、doTaskThree三个函数的时候已经是异步执行了。主程序在异步调用之后,主程序并不会理会这三个函数是否执行完成了,由于没有其他需要执行的内容,所以程序就自动结束了,导致了不完整或是没有输出任务相关内容的情况。

注:@Async所修饰的函数不要定义为static类型,这样异步调用不会生效

异步回调

为了让doTaskOne、doTaskTwo、doTaskThree能正常结束,假设我们需要统计一下三个任务并发执行共耗时多少,这就需要等到上述三个函数都完成调动之后记录时间,并计算结果。

那么我们如何判断上述三个异步调用是否已经执行完成呢?我们需要使用Future来返回异步调用的结果,就像如下方式改造doTaskOne函数:

    @Asyncpublic 
    Future<String> doTaskOne() throws Exception {   
        System.out.println("开始做任务一");    
        long start = System.currentTimeMillis();  
        Thread.sleep(random.nextInt(10000));    
        long end = System.currentTimeMillis();   
        System.out.println("完成任务一,耗时:" + (end - start) + "毫秒");   
        return new AsyncResult<>("任务一完成");
    }

按照如上方式改造一下其他两个异步函数之后,下面我们改造一下测试用例,让测试在等待完成三个异步调用之后来做一些其他事情。

 	@Testpublic 
    void test() throws Exception {    
        long start = System.currentTimeMillis();     
        Future<String> task1 = task.doTaskOne();   
        Future<String> task2 = task.doTaskTwo();   
        Future<String> task3 = task.doTaskThree();    
        while(true) {        
            if(task1.isDone() && task2.isDone() && task3.isDone()) {    
                // 三个任务都调用完成,退出循环等待           
                break;       
            }        
            Thread.sleep(1000);   
        }     
        long end = System.currentTimeMillis();  
        System.out.println("任务全部完成,总耗时:" + (end - start) + "毫秒"); 
    }

看看我们做了哪些改变:

  • 在测试用例一开始记录开始时间

  • 在调用三个异步函数的时候,返回Future类型的结果对象

  • 在调用完三个异步函数之后,开启一个循环,根据返回的Future对象来判断三个异步函数是否都结束了。若都结束,就结束循环;若没有都结束,就等1秒后再判断。

跳出循环之后,根据结束时间 - 开始时间,计算出三个任务并发执行的总耗时。

执行一下上述的单元测试,可以看到如下结果:

开始做任务一
开始做任务二
开始做任务三
完成任务三,耗时:37毫秒
完成任务二,耗时:3661毫秒
完成任务一,耗时:7149毫秒
任务全部完成,总耗时:8025毫秒

可以看到,通过异步调用,让任务一、二、三并发执行,有效的减少了程序的总运行时间。
(https://mp.weixin.qq.com/s/GNprXRehmvErmTxE7a9ebw)

补充:spring boot中的使用

在启动类中开启配置

@Configuration
@EnableAsync
public class SpringAsyncConfig { ... }

使用@Async注解

1、无返回值

@Async
public void asyncMethodWithVoidReturnType() {
 System.out.println("Execute method asynchronously. "
 + Thread.currentThread().getName());
}

2、有返回值

@Async
public Future<String> asyncMethodWithReturnType() {
	System.out.println("Execute method asynchronously - " + Thread.currentThread().getName());
   	try {
        Thread.sleep(5000);
        return new AsyncResult<String>("任务完成");
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    return new AsyncResult<>("任务未完成");
}

执行器

默认情况下,Spring 使用SimpleAsyncTaskExecutor去执行这些异步方法(此执行器没有限制线程数)。此默认值可以从两个层级进行覆盖:

1、方法级别

@Async("threadPoolTaskExecutor")
public void asyncMethodWithConfiguredExecutor() {
 System.out.println("Execute method with configured executor - " + Thread.currentThread().getName());
}

2、应用级别覆盖

配置类应该实现AsyncConfigurer接口——这意味着它拥有getAsyncExecutor()方法的实现。在这里,我们将返回整个应用程序的执行器——这现在成为运行带有@Async注释的方法的默认执行器:

@Configuration
@EnableAsync
public class SpringAsyncConfig implements AsyncConfigurer {
    @Override
    public Executor getAsyncExecutor() {
        ThreadPoolTaskExecutor executor = new ThreadPoolTaskExecutor();
        executor.initialize();
        executor.setCorePoolSize(5);
        executor.setMaxPoolSize(10);
        executor.setQueueCapacity(25);
        return executor;
    }
}

参考材料地址:芋道源码-SpringBoot 巧用 @Async 提升接口并发能力

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