引言

在日常業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)中，異步編程已成為應(yīng)對(duì)并發(fā)挑戰(zhàn)和提升應(yīng)用程序性能的關(guān)鍵策略。傳統(tǒng)的同步編程方式，由于會(huì)阻礙主線程執(zhí)行后續(xù)任務(wù)直至程序代碼執(zhí)行結(jié)束，不可避免地降低了程序整體效率與響應(yīng)速度。因此，為克服這一瓶頸，開(kāi)發(fā)者廣泛采用異步編程技術(shù)，將那些可能阻塞的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行任務(wù)委派至后臺(tái)線程處理，從而確保主線程始終保持高效和靈敏的響應(yīng)能力。

而SpringBoot作為一款廣受歡迎的應(yīng)用開(kāi)發(fā)框架，極大地簡(jiǎn)化了異步編程實(shí)踐。其中，@Async注解是SpringBoot為實(shí)現(xiàn)異步編程提供的便捷工具之一。通過(guò)巧妙地應(yīng)用@Async注解，開(kāi)發(fā)者能夠無(wú)縫地將方法調(diào)用轉(zhuǎn)化為異步執(zhí)行模式，進(jìn)而增強(qiáng)系統(tǒng)的并發(fā)性能表現(xiàn)。

本文將深度剖析SpringBoot中的@Async注解，包括其內(nèi)在原理、具體使用方法以及相關(guān)注意事項(xiàng)。我們將深入探討@Async的工作機(jī)制，展示如何在實(shí)際的SpringBoot項(xiàng)目中有效運(yùn)用該注解。

@Async的原理

在SpringBoot中，@Async注解的實(shí)現(xiàn)原理基于Spring框架的AOP和任務(wù)執(zhí)行器（Task Executor）機(jī)制。

@Async的啟用

開(kāi)啟對(duì)異步方法的支持需要在配置類(lèi)上添加@EnableAsync注解，然后就可以激活了一個(gè)Bean后處理器：AsyncConfigurationSelector，它負(fù)責(zé)自動(dòng)配置AsyncConfigurer，為異步方法提供所需的線程池。

而AsyncConfigurationSelector中默認(rèn)使用PROXY的代理，即使用ProxyAsyncConfiguration，而ProxyAsyncConfiguration是用于配置Spring異步方法的代理模式的配置類(lèi)。

當(dāng)然我們還可以指定使用另外一個(gè)代理模式：AdviceMode.ASPECTJ，以便使用AspectJ來(lái)進(jìn)行更高級(jí)的攔截和處理。

它繼承至AbstractAsyncConfiguration，在AbstractAsyncConfiguration中配置AsyncConfigurer。setConfigurers方法用于設(shè)置異步任務(wù)執(zhí)行器和異常處理器。

AsyncConfigurer中提供了一種便捷的方式來(lái)配置異步方法的執(zhí)行器（AsyncTaskExecutor）。通過(guò)實(shí)現(xiàn)AsyncConfigurer接口，可以自定義異步方法的執(zhí)行策略、線程池等配置信息。默認(rèn)情況下Spring會(huì)先搜索TaskExecutor類(lèi)型的bean或者名字為taskExecutor的Executor類(lèi)型的bean,都不存在使用SimpleAsyncTaskExecutor執(zhí)行器。

public interface AsyncConfigurer {  
	/*
	* 該方法用于獲取一個(gè)AsyncTaskExecutor對(duì)象，用于執(zhí)行異步方法。
	* 可以在這個(gè)方法中創(chuàng)建并配置自定義的AsyncTaskExecutor，例如ThreadPoolTaskExecutor或SimpleAsyncTaskExecutor等。
	*/
    @Nullable  
    default Executor getAsyncExecutor() {  
       return null;  
    }  

	/*
	* 該方法用于獲取一個(gè)AsyncUncaughtExceptionHandler對(duì)象，用于處理異步方法執(zhí)行中未捕獲的異常。如果異步方法執(zhí)行過(guò)程中出現(xiàn)異常而沒(méi)有被捕獲，Spring會(huì)調(diào)用這個(gè)方法來(lái)處理異常。
	* 可以在這個(gè)方法中返回自定義的AsyncUncaughtExceptionHandler實(shí)現(xiàn)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)異步方法異常的處理邏輯。
	*/
    @Nullable  
    default AsyncUncaughtExceptionHandler getAsyncUncaughtExceptionHandler() {  
       return null;  
    }  
  
}

同時(shí)ProxyAsyncConfiguration中的AsyncAnnotationBeanPostProcessor會(huì)掃描應(yīng)用上下文中的所有Bean，檢查它們的方法是否標(biāo)記了@Async注解。對(duì)于標(biāo)記了@Async注解的方法，AsyncAnnotationBeanPostProcessor會(huì)創(chuàng)建一個(gè)代理對(duì)象，用于在調(diào)用該方法時(shí)啟動(dòng)一個(gè)新的線程或使用線程池執(zhí)行該方法。這樣就實(shí)現(xiàn)了異步執(zhí)行的功能。同時(shí)它還負(fù)責(zé)處理@Async注解中的其他屬性，例如設(shè)置異步方法的執(zhí)行超時(shí)時(shí)間、指定線程池名稱等。

異步方法注解與代理

當(dāng)服務(wù)類(lèi)的方法被@Async注解修飾時(shí)，Spring AOP會(huì)檢測(cè)到這個(gè)注解，并利用動(dòng)態(tài)代理技術(shù)為該類(lèi)創(chuàng)建一個(gè)代理對(duì)象。其他組件通過(guò)Spring容器調(diào)用帶有@Async注解的方法時(shí)，實(shí)際上是調(diào)用了代理對(duì)象的方法。

一個(gè)帶有@Async注解的方法被調(diào)用時(shí)，Spring AOP會(huì)攔截這個(gè)方法調(diào)用。此時(shí)就會(huì)觸發(fā)處理異步調(diào)用的核心攔截器：AsyncExecutionInterceptor。它的主要任務(wù)是將被@Async修飾的方法封裝成一個(gè)Runnable或者Callable任務(wù)，并將其提交給TaskExecutor管理的線程池去執(zhí)行。這個(gè)過(guò)程確保了異步方法的執(zhí)行不會(huì)阻塞調(diào)用者線程。

TaskExecutor與線程池

TaskExecutor是一個(gè)接口，定義了如何執(zhí)行Runnable或Callable任務(wù)。SpringBoot提供了多種實(shí)現(xiàn)，如SimpleAsyncTaskExecutor、ThreadPoolTaskExecutor等。通常我們會(huì)自定義一個(gè)ThreadPoolTaskExecutor以滿足特定需求，比如設(shè)置核心線程數(shù)、最大線程數(shù)、隊(duì)列大小等參數(shù)，以確保異步任務(wù)能夠高效并發(fā)執(zhí)行。AsyncExecutionInterceptor將異步方法封裝的任務(wù)提交給配置好的TaskExecutor管理的線程池執(zhí)行。

異步方法執(zhí)行與結(jié)果返回

異步方法的實(shí)際執(zhí)行在獨(dú)立的線程中進(jìn)行，不阻塞調(diào)用者線程。異步方法的返回類(lèi)型可以是voi 或者具有返回值，如果異步方法有返回值，那么返回類(lèi)型通常應(yīng)該是java.util.concurrent.Future，這樣調(diào)用者可以通過(guò)Future對(duì)象來(lái)檢查異步任務(wù)是否完成以及獲取最終的結(jié)果。

@Async使用

在SpringBoot中，使用@Async注解可以輕松地將方法標(biāo)記為異步執(zhí)行。下面來(lái)看一下如何在Spring Boot項(xiàng)目中正確地使用@Async注解，包括配置方法和注意事項(xiàng)。

在方法上添加@Async注解

要使用@Async注解，首先需要在要異步執(zhí)行的方法上添加該注解。這樣Spring就會(huì)在調(diào)用這個(gè)方法時(shí)將其封裝為一個(gè)異步任務(wù)，并交給線程池執(zhí)行。

@Service  
public class AsyncTaskService {  
  
    /**  
     * 通過(guò)@Async 注解表明該方法是個(gè)異步方法，  
     * @param i  
     */  
    @Async  
    public void executeAsyncTask(Integer i) {  
        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+" 執(zhí)行異步任務(wù)：" + i);  
    }
}    

啟用異步功能

在SpringBoot應(yīng)用中，需要在配置類(lèi)上添加@EnableAsync注解來(lái)啟用對(duì)異步方法的支持。

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

配置線程池

默認(rèn)情況下，SpringBoot會(huì)使用一個(gè)默認(rèn)的線程池來(lái)執(zhí)行異步任務(wù)（SimpleAsyncTaskExecutor）。但是，為了更好地控制線程池的行為，我們可以自定義ThreadPoolTaskExecutor，并通過(guò)AsyncConfigurer進(jìn)行配置。

@Configuration  
public class TaskExecutorConfig implements AsyncConfigurer{  
  
  
    @Override  
    public Executor getAsyncExecutor() {  
        ThreadPoolTaskExecutor executor = new ThreadPoolTaskExecutor();  
        executor.setCorePoolSize(5);  
        executor.setQueueCapacity(25);  
        executor.setMaxPoolSize(10);  
        executor.setThreadNamePrefix("MyAsyncThread-");  
        executor.initialize();  
        return executor;  
    }
 }   

測(cè)試

@SpringBootTest  
public class SpringBootBaseApplicationTests {  
  
    @Autowired  
    private AsyncTaskService asyncTaskService;  
  
    @Test  
    public void asyncTest() {  
       for (int i = 0; i < 10; i++) {  
          asyncTaskService.executeAsyncTask(i);  
       }  
    }  
  
}

輸出結(jié)果如下：

注意事項(xiàng)

1. @Async必須配合@EnableAsync注解一起使用。兩者缺一不可。

2. 異步方法必須定義在Spring Bean中，因?yàn)?code>Spring AOP是基于代理對(duì)象來(lái)實(shí)現(xiàn)的。假如我們把AsyncTaskService類(lèi)中的@Service去掉。就不創(chuàng)建Bean。然后測(cè)試代碼中修改為如下：

@Test  
public void asyncTest() {  
    AsyncTaskService asyncTaskService = new AsyncTaskService();  
    for (int i = 0; i < 10; i++) {  
       asyncTaskService.executeAsyncTask(i);  
    }  
}

執(zhí)行結(jié)果如下：

都是主線程同步方法。

3. 異步方法不能定義為private或static，因?yàn)镾pring AOP無(wú)法攔截這些方法。我們修改AsyncTaskService類(lèi)中的方法修改為private或者static，則會(huì)發(fā)生編譯錯(cuò)誤：

4. 異步方法內(nèi)部的調(diào)用不能使用this關(guān)鍵字，因?yàn)閠his關(guān)鍵字是代理對(duì)象的引用，會(huì)導(dǎo)致異步調(diào)用失效。

@Service  
public class AsyncTaskService {
	@Async  
	public void asyncMethod() {  
	    System.out.println("Async method executed in thread: " + Thread.currentThread().getName());  
	}  
	  
	  
	public void callAsyncMethod() {  
	    // 在同一個(gè)類(lèi)中直接調(diào)用異步方法  
	    this.asyncMethod(); // 這里調(diào)用不會(huì)觸發(fā)異步執(zhí)行  
	    System.out.println("callAsyncMethod executed in thread: " + Thread.currentThread().getName());  
	}
}	

5. 被@Async注解修飾的方法不能直接被同一個(gè)類(lèi)中的其他方法調(diào)用。原因是Spring會(huì)在運(yùn)行時(shí)生成一個(gè)代理類(lèi)，調(diào)用異步方法時(shí)實(shí)際上是調(diào)用這個(gè)代理類(lèi)的方法。因此，如果在同一個(gè)類(lèi)中直接調(diào)用異步方法，@Async注解將不會(huì)生效，因?yàn)檫@樣調(diào)用會(huì)繞過(guò)代理對(duì)象，導(dǎo)致異步執(zhí)行失效。

@Service  
public class AsyncTaskService {

	@Async  
	public void asyncMethod() {  
	    System.out.println("Async method executed in thread: " + Thread.currentThread().getName());  
	}  
	  
	public void callAsyncMethod() {  
	    // 在同一個(gè)類(lèi)中直接調(diào)用異步方法  
	    asyncMethod(); // 這里調(diào)用不會(huì)觸發(fā)異步執(zhí)行  
	    System.out.println("callAsyncMethod executed in thread: " + Thread.currentThread().getName());  
	}
}

測(cè)試代碼：

@SpringBootTest  
public class SpringBootBaseApplicationTests {  
  
    @Autowired  
    private AsyncTaskService asyncTaskService;  
  
    @Test  
    public void asyncTest2(){  
       asyncTaskService.callAsyncMethod();  
    }  
  
}

執(zhí)行結(jié)果如下：

6. 不同的異步方法間不要相互調(diào)用
   異步方法間的相互調(diào)用會(huì)顯著增加代碼的復(fù)雜性層級(jí)，由于異步執(zhí)行的本質(zhì)在于即時(shí)返回并延遲完成任務(wù)，因此，嵌套或遞歸式的異步調(diào)用容易導(dǎo)致邏輯難以梳理和維護(hù)，特別是在涉及多異步操作狀態(tài)追蹤、順序控制及依賴關(guān)系管理時(shí)尤為突出。

當(dāng)異步方法內(nèi)部進(jìn)一步調(diào)用其他異步方法，并且牽涉到同步資源如鎖、信號(hào)量等時(shí)，極易引發(fā)死鎖問(wèn)題。例如，一個(gè)線程在等待自身啟動(dòng)的另一個(gè)異步任務(wù)結(jié)果的同時(shí)，該任務(wù)卻嘗試獲取第一個(gè)線程所持有的鎖，如此循環(huán)等待，形成無(wú)法解開(kāi)的死鎖。

無(wú)節(jié)制地在異步方法內(nèi)部啟動(dòng)新的異步任務(wù)，特別是在高并發(fā)場(chǎng)景下，可能導(dǎo)致線程池資源迅速耗盡，使得系統(tǒng)喪失處理更多請(qǐng)求的能力。此外，直接的異步方法調(diào)用還增加了錯(cuò)誤處理與日志記錄的難度，特別是遇到異常情況時(shí)，往往難以追溯原始調(diào)用鏈路以精準(zhǔn)定位問(wèn)題源頭。

若需要確保異步方法按照特定順序執(zhí)行，直接調(diào)用會(huì)導(dǎo)致邏輯混亂不清。為解決這一問(wèn)題，通常推薦采用回調(diào)機(jī)制、Future/CompletionStage鏈?zhǔn)骄幊?、響?yīng)式編程模型（如RxJava、Project Reactor）等方式來(lái)確保有序執(zhí)行并降低耦合度。

同時(shí)，頻繁且低延遲的任務(wù)間直接互相調(diào)用可能會(huì)引入額外的上下文切換開(kāi)銷(xiāo)，從而對(duì)系統(tǒng)的整體性能造成潛在負(fù)面影響。

7. 合理配置線程池
   Spring Boot默認(rèn)提供的線程池配置可能無(wú)法充分滿足特定應(yīng)用在復(fù)雜多變生產(chǎn)環(huán)境下的需求，例如其預(yù)設(shè)的線程數(shù)、隊(duì)列大小和拒絕策略等參數(shù)可能不盡合理。為確保資源的有效管理和精細(xì)控制，我們可以通過(guò)自定義線程池來(lái)靈活設(shè)定核心線程數(shù)、最大線程數(shù)、線程空閑超時(shí)時(shí)間、任務(wù)等待隊(duì)列容量以及飽和策略（如任務(wù)拒絕策略）等關(guān)鍵屬性，從而適應(yīng)不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景對(duì)并發(fā)執(zhí)行任務(wù)數(shù)量及資源消耗的精準(zhǔn)調(diào)控。

另外，不同類(lèi)型異步任務(wù)具有不同的執(zhí)行特性：有的任務(wù)耗時(shí)較長(zhǎng)，而有的則短促且頻繁。針對(duì)這種情況，為各類(lèi)任務(wù)配置獨(dú)立的線程池有助于實(shí)現(xiàn)更好的資源隔離，避免任務(wù)間的相互影響，進(jìn)而保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性和響應(yīng)速度。同時(shí)，為了滿足特定的安全規(guī)范或性能要求，自定義線程池還可以支持諸如設(shè)置守護(hù)線程、優(yōu)先級(jí)、線程命名格式化等功能。

更重要的是，自定義線程池有利于系統(tǒng)內(nèi)部執(zhí)行狀態(tài)的深度監(jiān)控與問(wèn)題診斷。通過(guò)制定合理的命名規(guī)則、詳盡的日志記錄以及精確的metrics統(tǒng)計(jì)分析，我們可以清晰洞察每個(gè)線程池的工作狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并優(yōu)化潛在的性能瓶頸。

如果不進(jìn)行自定義線程池配置，僅依賴于默認(rèn)或簡(jiǎn)化的線程池實(shí)現(xiàn)，在面對(duì)大量涌入的任務(wù)時(shí)，可能會(huì)因線程資源耗盡導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)響應(yīng)能力和可用性受損。因此，采用合理配置的自定義線程池能夠在高負(fù)載環(huán)境下有效防范此類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)，有力支撐系統(tǒng)的穩(wěn)健運(yùn)行。

@Configuration  
public class TaskExecutorConfig implements AsyncConfigurer{  
  
  
    @Override  
    public Executor getAsyncExecutor() {  
        ThreadPoolTaskExecutor executor = new ThreadPoolTaskExecutor();  
        // 核心線程數(shù)  
        executor.setCorePoolSize(5);  
        // 設(shè)置隊(duì)列容量  
        executor.setQueueCapacity(25);  
        // 最大線程數(shù)  
        executor.setMaxPoolSize(10);  
        // 自定義線程名稱前綴  
        executor.setThreadNamePrefix("MyAsyncThread-");  
        executor.initialize();  
        return executor;  
    }
}    

關(guān)于自定義線程池的參數(shù)講解請(qǐng)參考我這篇文章：重溫Java基礎(chǔ)（二）之Java線程池最全詳解

8. 異常處理：
   異步方法內(nèi)部的異常通常不會(huì)被調(diào)用方捕獲到，因此需要在異步方法內(nèi)部進(jìn)行異常處理，可以通過(guò)try-catch塊：

@Async  
public void asyncMethod() {  
    try {  
        // 異步操作代碼  
    } catch (Exception ex) {  
        log.error("Error occurred in async method", ex);  
        // 其他錯(cuò)誤處理邏輯  
    }  
}

或者使用@Async注解的exceptionHandler屬性來(lái)處理異常并進(jìn)行適當(dāng)?shù)娜罩居涗浕蝈e(cuò)誤處理。

@Configuration  
public class TaskExecutorConfig implements AsyncConfigurer{

	@Override  
    public AsyncUncaughtExceptionHandler getAsyncUncaughtExceptionHandler() {  
        return new CustomAsyncExceptionHandler();  
    }  
  
}  

// 自定義異常處理器
class CustomAsyncExceptionHandler implements AsyncUncaughtExceptionHandler {  
  
    @Override  
    public void handleUncaughtException(Throwable ex, Method method, Object... params) {  
        log.error("Uncaught exception in async method: " + method.getName(), ex);  
        // 其他錯(cuò)誤處理邏輯  
    }  
}

9. 與事務(wù)的交互
   默認(rèn)情況下，當(dāng)我們?cè)赟pring應(yīng)用中使用@Async注解標(biāo)記一個(gè)方法為異步執(zhí)行時(shí)，這個(gè)方法將不會(huì)參與到其調(diào)用者所處的事務(wù)上下文中。這意味著，如果調(diào)用異步方法的方法在一個(gè)事務(wù)內(nèi)執(zhí)行，該事務(wù)將在調(diào)用異步方法后正常提交或回滾，但異步方法內(nèi)部的操作并不會(huì)受到這個(gè)事務(wù)的影響。

例如，若在同步方法中修改了數(shù)據(jù)庫(kù)記錄，并隨后調(diào)用了一個(gè)異步方法來(lái)更新其他相關(guān)的數(shù)據(jù)，那么如果同步方法中的事務(wù)在調(diào)用異步方法后提交，而異步方法在執(zhí)行過(guò)程中拋出了異常導(dǎo)致更新失敗，這時(shí)第一部分已提交的數(shù)據(jù)和第二部分未成功更新的數(shù)據(jù)之間就會(huì)產(chǎn)生不一致的情況。

為了確保異步方法能夠正確地參與事務(wù)管理，可以通過(guò)設(shè)置@Async注解的事務(wù)傳播行為屬性（@Transactional的propagation屬性值）來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

@Transactional(propagation = Propagation.REQUIRES_NEW)  
@Async  
public void asyncMethod() {  
    System.out.println("Async method executed in thread: " + Thread.currentThread().getName());  
    // 具體業(yè)務(wù)
}

這里通過(guò)設(shè)置Propagation.REQUIRES_NEW，指示Spring在執(zhí)行異步方法時(shí)開(kāi)啟一個(gè)新的、與當(dāng)前事務(wù)無(wú)關(guān)的事務(wù)。這樣即使異步方法內(nèi)部發(fā)生異常，它自己的事務(wù)會(huì)獨(dú)立進(jìn)行提交或回滾，從而保證了數(shù)據(jù)的一致性。不過(guò)要注意的是，這種做法可能會(huì)增加系統(tǒng)資源消耗，因?yàn)槊看萎惒饺蝿?wù)都會(huì)創(chuàng)建新的事務(wù)上下文。

總結(jié)

通過(guò)本文的介紹，我們了解了SpringBoot中@Async注解的原理、使用方法以及需要注意的事項(xiàng)。

@Async注解能夠?qū)⒎椒?biāo)記為異步執(zhí)行，利用了Spring框架的AOP和任務(wù)執(zhí)行器機(jī)制，使得異步方法能夠在后臺(tái)線程池中并發(fā)執(zhí)行，提高系統(tǒng)的并發(fā)能力和響應(yīng)性。

然而，在使用@Async注解時(shí)，需要注意避免異步方法之間相互調(diào)用，合理配置線程池，進(jìn)行異常處理，處理上下文丟失以及與事務(wù)的正確交互。這些注意事項(xiàng)能夠確保異步方法的可靠性和穩(wěn)定性，提高應(yīng)用程序的性能和可維護(hù)性。

總的來(lái)說(shuō)，@Async注解是SpringBoot中用于實(shí)現(xiàn)異步方法的重要特性，能夠有效地提升應(yīng)用程序的性能和并發(fā)能力，但在使用時(shí)需要謹(jǐn)慎考慮其使用場(chǎng)景和注意事項(xiàng)，以充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。

本文已收錄于我的個(gè)人博客：碼農(nóng)Academy的博客，專注分享Java技術(shù)干貨，包括Java基礎(chǔ)、Spring Boot、Spring Cloud、Mysql、Redis、Elasticsearch、中間件、架構(gòu)設(shè)計(jì)、面試題、程序員攻略等文章來(lái)源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-838486.html

到了這里，關(guān)于提升Spring Boot應(yīng)用性能的秘密武器：揭秘@Async注解的實(shí)用技巧的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！