Spring线程池（同步、异步）

一、spring异步线程池类图

 

 

二、简单介绍

TaskExecutor：Spring异步线程池的接口类，其实质是java.util.concurrent.Executor。

以下是官方已经实现的全部7个TaskExecuter。Spring宣称对于任何场景，这些TaskExecuter完全够用了：

名字特点
SimpleAsyncTaskExecutor 每次请求新开线程，没有最大线程数设置.不是真的线程池，这个类不重用线程，每次调用都会创建一个新的线程。
SyncTaskExecutor 不是异步的线程.同步可以用SyncTaskExecutor，但这个可以说不算一个线程池，因为还在原线程执行。这个类没有实现异步调用，只是一个同步操作。
ConcurrentTaskExecutor Executor的适配类，不推荐使用。如果ThreadPoolTaskExecutor不满足要求时，才用考虑使用这个类。
SimpleThreadPoolTaskExecutor 监听Spring’s lifecycle callbacks，并且可以和Quartz的Component兼容.是Quartz的SimpleThreadPool的类。线程池同时被quartz和非quartz使用，才需要使用此类。
ThreadPoolTaskExecutor 最常用。要求jdk版本大于等于5。可以在程序而不是xml里修改线程池的配置.其实质是对java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor的包装。
TimerTaskExecutor  
WorkManagerTaskExecutor

三、Spring的同步执行器

1、SyncTaskExecutor：同步可以用SyncTaskExecutor，但这个可以说不算一个线程池，因为还在原线程执行。这个类没有实现异步调用，只是一个同步操作，一般不会用。

2、可以用ThreadPoolTaskExecutor结合FutureTask做到同步。

3、SyncTaskExecutor与ThreadPoolTaskExecutor区别：前者是同步执行器，执行任务同步，后者是线程池，执行任务异步。

四、Spring的异步执行器

异步执行用户任务的SimpleAsyncTaskExecutor。每次执行客户提交给它的任务时，它会启动新的线程，并允许开发者控制并发线程的上限（concurrencyLimit），从而起到一定的资源节流作用。默认时，concurrencyLimit取值为-1，即不启用资源节流。

SimpleAsyncTaskExecutor
<bean id="simpleAsyncTaskExecutor"   
    class="org.springframework.core.task.SimpleAsyncTaskExecutor">  
    <property name="daemon" value="true"/>  
    <property name="concurrencyLimit" value="2"/>  
    <property name="threadNamePrefix" value="simpleAsyncTaskExecutor"/>
</bean>

主要实现：

  • 支持限流处理：ConcurrencyThrottleSupport和ConcurrencyThrottleInterceptor实现。
  • 异步注册线程返回结果：ListenableFutureTask主要是对JDK的FutureTask进行封装,覆盖了原始的run方法，在run中封装可以获取到线程的返回值。 
public class SimpleAsyncTaskExecutor extends CustomizableThreadCreator implements AsyncListenableTaskExecutor, Serializable {
    //限流主要实现
    private final SimpleAsyncTaskExecutor.ConcurrencyThrottleAdapter concurrencyThrottle = new SimpleAsyncTaskExecutor.ConcurrencyThrottleAdapter();
    private ThreadFactory threadFactory;
    //设置最大的线程数量
    public void setConcurrencyLimit(int concurrencyLimit) {
            this.concurrencyThrottle.setConcurrencyLimit(concurrencyLimit);
    }
    //是否开启了限流 限流数量大于0？
    public final boolean isThrottleActive() {
            return this.concurrencyThrottle.isThrottleActive();
    }
    //1.是否开启限流 否则不开启限流处理
    //2.执行开始之前检测是否可以满足要求 当前数量++
    //3.开启限流将执行的Runable进行封装，执行完成调用final方法 当前数量--
    public void execute(Runnable task, long startTimeout) {
            Assert.notNull(task, "Runnable must not be null");
            if(this.isThrottleActive() && startTimeout > 0L) {
                this.concurrencyThrottle.beforeAccess();
                this.doExecute(new SimpleAsyncTaskExecutor.ConcurrencyThrottlingRunnable(task));
            } else {
                this.doExecute(task);
            }
      }
     //异步提交有返回值
    public Future<?> submit(Runnable task) {
          FutureTask future = new FutureTask(task, (Object)null);
          this.execute(future, 9223372036854775807L);
          return future;
      }

      public <T> Future<T> submit(Callable<T> task) {
          FutureTask future = new FutureTask(task);
          this.execute(future, 9223372036854775807L);
          return future;
      }

      public ListenableFuture<?> submitListenable(Runnable task) {
          ListenableFutureTask future = new ListenableFutureTask(task, (Object)null);
          this.execute(future, 9223372036854775807L);
          return future;
      }

      public <T> ListenableFuture<T> submitListenable(Callable<T> task) {
          ListenableFutureTask future = new ListenableFutureTask(task);
          this.execute(future, 9223372036854775807L);
          return future;
      }
      //拥有工厂？没有的话调用父类可以设置各种参数的创建线程
      protected void doExecute(Runnable task) {
          Thread thread = this.threadFactory != null?this.threadFactory.newThread(task):this.createThread(task);
          thread.start();
      }
      //父类的方法，方便配置线程，方便xml设置线程参数CustomizableThreadCreator 
      public Thread createThread(Runnable runnable) {
            Thread thread = new Thread(getThreadGroup(), runnable, nextThreadName());
            thread.setPriority(getThreadPriority());
            thread.setDaemon(isDaemon());
            return thread;
        }


 }

实现类(ListenableFutureTask)可有返回值，可被监听的，注册监听，这里可以注册监听者放在一个单独的类中去处理，很好的分配工作ListenableFutureCallbackRegistry。

public class ListenableFutureTask<T> extends FutureTask<T> implements ListenableFuture<T> {
    private final ListenableFutureCallbackRegistry<T> callbacks = new ListenableFutureCallbackRegistry();

    public ListenableFutureTask(Callable<T> callable) {
        super(callable);
    }

    public ListenableFutureTask(Runnable runnable, T result) {
        super(runnable, result);
    }

    public void addCallback(ListenableFutureCallback<? super T> callback) {
        this.callbacks.addCallback(callback);
    }

    public void addCallback(SuccessCallback<? super T> successCallback, FailureCallback failureCallback) {
        this.callbacks.addSuccessCallback(successCallback);
        this.callbacks.addFailureCallback(failureCallback);
    }
    //FutureTask执行完成后的回调，调用监听接口的实现类的方法
    protected final void done() {
        Object cause;
        try {
            Object ex = this.get();
            //回调实现类的方法
            this.callbacks.success(ex);
            return;
        } catch (InterruptedException var3) {
            Thread.currentThread().interrupt();
            return;
        } catch (ExecutionException var4) {
            cause = var4.getCause();
            if(cause == null) {
                cause = var4;
            }
        } catch (Throwable var5) {
            cause = var5;
        }

        this.callbacks.failure((Throwable)cause);
    }
} 

五、使用ThreadPoolTaskExecutor

乍一看，跟ThreadPoolExecutor很像。

ThreadPoolTaskExecutor是spring core包中的，而ThreadPoolExecutor是JDK中的JUC。ThreadPoolTaskExecutor是对ThreadPoolExecutor进行了封装处理。

ThreadPoolExecutor和ThreadPoolTaskExecutor的类结构

 

ThreadPoolTaskExecutor 源码及配置参数
public class ThreadPoolTaskExecutor extends ExecutorConfigurationSupport implements SchedulingTaskExecutor {
    private final Object poolSizeMonitor = new Object();
    private int corePoolSize = 1;
    private int maxPoolSize = 2147483647;
    private int keepAliveSeconds = 60;
    private boolean allowCoreThreadTimeOut = false;
    private int queueCapacity = 2147483647;
    private ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor;   //这里就用到了ThreadPoolExecutor

这是ThreadPoolTaskExecutor用来初始化threadPoolExecutor的方法，BlockingQueue是一个阻塞队列，这个我们先不管。由于ThreadPoolTaskExecutor的实现方式完全是使用threadPoolExecutor进行实现，我们需要知道这个threadPoolExecutor的一些参数。

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,
                              int maximumPoolSize,
                              long keepAliveTime,
                              TimeUnit unit,
                              BlockingQueue<Runnable> workQueue,
                              ThreadFactory threadFactory,
                              RejectedExecutionHandler handler) {
        if (corePoolSize < 0 ||
            maximumPoolSize <= 0 ||
            maximumPoolSize < corePoolSize ||
            keepAliveTime < 0)
            throw new IllegalArgumentException();
        if (workQueue == null || threadFactory == null || handler == null)
            throw new NullPointerException();
        this.corePoolSize = corePoolSize;
        this.maximumPoolSize = maximumPoolSize;
        this.workQueue = workQueue;
        this.keepAliveTime = unit.toNanos(keepAliveTime);
        this.threadFactory = threadFactory;
        this.handler = handler;
    }
配置参数：
  • corePoolSize：线程池维护线程的最小数量。
  • maximumPoolSize：线程池维护线程的最大数量。
  • keepAliveTime：空闲线程的存活时间。
  • TimeUnit unit：时间单位,现有纳秒,微秒,毫秒,秒枚举值。
  • BlockingQueue<Runnable> workQueue：持有等待执行的任务队列。
  • RejectedExecutionHandler handler：用来拒绝一个任务的执行，有两种情况会发生这种情况。  　
    • 一是在execute方法中若addIfUnderMaximumPoolSize(command)为false，即线程池已经饱和；  　　
    • 二是在execute方法中, 发现runState!=RUNNING || poolSize == 0,即已经shutdown,就调用ensureQueuedTaskHandled(Runnable command)，在该方法中有可能调用reject。
ThreadPoolExecutor池子的处理流程如下：
  1. 当池子大小小于corePoolSize就新建线程，并处理请求。
  2. 当池子大小等于corePoolSize，把请求放入workQueue中，池子里的空闲线程就去从workQueue中取任务并处理。
  3. 当workQueue放不下新入的任务时，新建线程入池，并处理请求，如果池子大小撑到了maximumPoolSize就用RejectedExecutionHandler来做拒绝处理。
  4. 另外，当池子的线程数大于corePoolSize的时候，多余的线程会等待keepAliveTime长的时间，如果无请求可处理就自行销毁。

其会优先创建  CorePoolSize 线程， 当继续增加线程时，先放入Queue中，当 CorePoolSiz  和 Queue 都满的时候，就增加创建新线程，当线程达到MaxPoolSize的时候，就会抛出错 误 org.springframework.core.task.TaskRejectedException

另外MaxPoolSize的设定如果比系统支持的线程数还要大时，会抛出java.lang.OutOfMemoryError: unable to create new native thread 异常。

Reject策略预定义有四种： 
  • ThreadPoolExecutor.AbortPolicy策略，是默认的策略,处理程序遭到拒绝将抛出运行时 RejectedExecutionException。 
  • ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy策略 ,调用者的线程会执行该任务,如果执行器已关闭,则丢弃。
  • ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy策略，不能执行的任务将被丢弃。
  • ThreadPoolExecutor.DiscardOldestPolicy策略，如果执行程序尚未关闭，则位于工作队列头部的任务将被删除，然后重试执行程序（如果再次失败，则重复此过程）。
线程池创建示例
ThreadPoolTaskExecutor executor = new ThreadPoolTaskExecutor();
// 设置核心线程数,它是可以同时被执行的线程数量
executor.setCorePoolSize(2);
// 设置最大线程数,缓冲队列满了之后会申请超过核心线程数的线程
executor.setMaxPoolSize(4);
// 设置缓冲队列容量,在执行任务之前用于保存任务
executor.setQueueCapacity(1000);
// 设置线程生存时间（秒）,当超过了核心线程出之外的线程在生存时间到达之后会被销毁
executor.setKeepAliveSeconds(1);
// 设置线程名称前缀
executor.setThreadNamePrefix("xxxx-");
// 设置拒绝策略
executor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
// 初始化
executor.initialize();

六、关于Spring的Async

对于异步方法调用，从Spring3开始提供了@Async注解，该注解可以被标注在方法上，以便异步地调用该方法。调用者将在调用时立即返回，方法的实际执行将提交给Spring TaskExecutor的任务中，由指定的线程池中的线程执行。

在项目应用中，@Async调用线程池，推荐使用自定义线程池的模式。

前提是要添加@EnableAsync注解开启异步调用。

@Async应用默认线程池

Spring应用默认的线程池，指在@Async注解在使用时，不指定线程池的名称。查看源码，@Async的默认线程池为SimpleAsyncTaskExecutor。

无返回值调用

基于@Async无返回值调用，直接在使用类，使用方法（建议在使用方法）上，加上注解。若需要抛出异常，需手动new一个异常抛出。

/**
     * 带参数的异步调用 异步方法可以传入参数
     *  对于返回值是void，异常会被AsyncUncaughtExceptionHandler处理掉
     * @param s
     */
    @Async
    public void asyncInvokeWithException(String s) {
        log.info("asyncInvokeWithParameter, parementer={}", s);
        throw new IllegalArgumentException(s);
    }
有返回值Future调用
/**
     * 异常调用返回Future
     *  对于返回值是Future，不会被AsyncUncaughtExceptionHandler处理，需要我们在方法中捕获异常并处理
     *  或者在调用方在调用Futrue.get时捕获异常进行处理
     *
     * @param i
     * @return
     */
    @Async
    public Future<String> asyncInvokeReturnFuture(int i) {
        log.info("asyncInvokeReturnFuture, parementer={}", i);
        Future<String> future;
        try {
            Thread.sleep(1000 * 1);
            future = new AsyncResult<String>("success:" + i);
            throw new IllegalArgumentException("a");
        } catch (InterruptedException e) {
            future = new AsyncResult<String>("error");
        } catch(IllegalArgumentException e){
            future = new AsyncResult<String>("error-IllegalArgumentException");
        }
        return future;
    }
有返回值CompletableFuture调用

CompletableFuture 并不使用@Async注解，可达到调用系统线程池处理业务的功能。

JDK5新增了Future接口，用于描述一个异步计算的结果。虽然 Future 以及相关使用方法提供了异步执行任务的能力，但是对于结果的获取却是很不方便，只能通过阻塞或者轮询的方式得到任务的结果。阻塞的方式显然和我们的异步编程的初衷相违背，轮询的方式又会耗费无谓的 CPU 资源，而且也不能及时地得到计算结果。

  • CompletionStage代表异步计算过程中的某一个阶段，一个阶段完成以后可能会触发另外一个阶段
  • 一个阶段的计算执行可以是一个Function，Consumer或者Runnable。比如：stage.thenApply(x -> square(x)).thenAccept(x -> System.out.print(x)).thenRun(() -> System.out.println())
  • 一个阶段的执行可能是被单个阶段的完成触发，也可能是由多个阶段一起触发：在Java8中，CompletableFuture提供了非常强大的Future的扩展功能，可以帮助我们简化异步编程的复杂性，并且提供了函数式编程的能力，可以通过回调的方式处理计算结果，也提供了转换和组合 CompletableFuture 的方法。
  • 它可能代表一个明确完成的Future，也有可能代表一个完成阶段（ CompletionStage ），它支持在计算完成以后触发一些函数或执行某些动作。
  • 它实现了Future和CompletionStage接口
/**
* 数据查询线程池
*/
private static final ThreadPoolExecutor SELECT_POOL_EXECUTOR = new ThreadPoolExecutor(10, 20, 5000,
    TimeUnit.MILLISECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(1024), new ThreadFactoryBuilder().setNameFormat("selectThreadPoolExecutor-%d").build());

// tradeMapper.countTradeLog(tradeSearchBean)方法表示，获取数量，返回值为int
// 获取总条数
CompletableFuture<Integer> countFuture = CompletableFuture
        .supplyAsync(() -> tradeMapper.countTradeLog(tradeSearchBean), SELECT_POOL_EXECUTOR);
// 同步阻塞
CompletableFuture.allOf(countFuture).join();
// 获取结果
int count = countFuture.get();
默认线程池的弊端

在线程池应用中，参考阿里巴巴java开发规范：线程池不允许使用Executors去创建，不允许使用系统默认的线程池，推荐通过ThreadPoolExecutor的方式，这样的处理方式让开发的工程师更加明确线程池的运行规则，规避资源耗尽的风险。Executors各个方法的弊端：

  • newFixedThreadPool和newSingleThreadExecutor：主要问题是堆积的请求处理队列可能会耗费非常大的内存，甚至OOM。
  • newCachedThreadPool和newScheduledThreadPool：要问题是线程数最大数是Integer.MAX_VALUE，可能会创建数量非常多的线程，甚至OOM。

@Async默认异步配置使用的是SimpleAsyncTaskExecutor，该线程池默认来一个任务创建一个线程，若系统中不断的创建线程，最终会导致系统占用内存过高，引发OutOfMemoryError错误。针对线程创建问题，SimpleAsyncTaskExecutor提供了限流机制，通过concurrencyLimit属性来控制开关，当concurrencyLimit>=0时开启限流机制，默认关闭限流机制即concurrencyLimit=-1，当关闭情况下，会不断创建新的线程来处理任务。基于默认配置，SimpleAsyncTaskExecutor并不是严格意义的线程池，达不到线程复用的功能。

@Async应用自定义线程池

自定义线程池，可对系统中线程池更加细粒度的控制，方便调整线程池大小配置，线程执行异常控制和处理。在设置系统自定义线程池代替默认线程池时，虽可通过多种模式设置，但替换默认线程池最终产生的线程池有且只能设置一个（不能设置多个类继承AsyncConfigurer）。自定义线程池有如下模式：

  • 重新实现接口AsyncConfigurer
  • 继承AsyncConfigurerSupport
  • 配置由自定义的TaskExecutor替代内置的任务执行器

通过查看Spring源码关于@Async的默认调用规则，会优先查询源码中实现AsyncConfigurer这个接口的类，实现这个接口的类为AsyncConfigurerSupport。但默认配置的线程池和异步处理方法均为空，所以，无论是继承或者重新实现接口，都需指定一个线程池。且重新实现 public Executor getAsyncExecutor()方法。

实现接口AsyncConfigurer
@Configuration
public class AsyncConfiguration implements AsyncConfigurer {
    @Bean("kingAsyncExecutor")
    public ThreadPoolTaskExecutor executor() {
        ThreadPoolTaskExecutor executor = new ThreadPoolTaskExecutor();
        int corePoolSize = 10;
        executor.setCorePoolSize(corePoolSize);
        int maxPoolSize = 50;
        executor.setMaxPoolSize(maxPoolSize);
        int queueCapacity = 10;
        executor.setQueueCapacity(queueCapacity);
        executor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
        String threadNamePrefix = "kingDeeAsyncExecutor-";
        executor.setThreadNamePrefix(threadNamePrefix);
        executor.setWaitForTasksToCompleteOnShutdown(true);
        // 使用自定义的跨线程的请求级别线程工厂类
        RequestContextThreadFactory threadFactory = RequestContextThreadFactory.getDefault();
        executor.setThreadFactory(threadFactory);
        int awaitTerminationSeconds = 5;
        executor.setAwaitTerminationSeconds(awaitTerminationSeconds);
        executor.initialize();
        return executor;
    }

    @Override
    public Executor getAsyncExecutor() {
        return executor();
    }

    @Override
    public AsyncUncaughtExceptionHandler getAsyncUncaughtExceptionHandler() {
        return (ex, method, params) -> ErrorLogger.getInstance().log(String.format("执行异步任务'%s'", method), ex);
    }
}
继承AsyncConfigurerSupport
@Configuration
@EnableAsync
class SpringAsyncConfigurer extends AsyncConfigurerSupport {

    @Bean
    public ThreadPoolTaskExecutor asyncExecutor() {
        ThreadPoolTaskExecutor threadPool = new ThreadPoolTaskExecutor();
        threadPool.setCorePoolSize(3);
        threadPool.setMaxPoolSize(3);
        threadPool.setWaitForTasksToCompleteOnShutdown(true);
        threadPool.setAwaitTerminationSeconds(60 * 15);
        threadPool.initialize();
        return threadPool;
    }

    @Override
    public Executor getAsyncExecutor() {
        return asyncExecutor;
    }

    @Override
    public AsyncUncaughtExceptionHandler getAsyncUncaughtExceptionHandler() {
        return (ex, method, params) -> ErrorLogger.getInstance().log(String.format("执行异步任务'%s'", method), ex);
    }
}
配置自定义的TaskExecutor

由于AsyncConfigurer的默认线程池在源码中为空，Spring通过beanFactory.getBean(TaskExecutor.class)先查看是否有线程池，未配置时，通过beanFactory.getBean(DEFAULT_TASK_EXECUTOR_BEAN_NAME, Executor.class)，又查询是否存在默认名称为TaskExecutor的线程池。所以可在项目中，定义名称为TaskExecutor的bean生成一个默认线程池。也可不指定线程池的名称，申明一个线程池，本身底层是基于TaskExecutor.class便可。

@EnableAsync
@Configuration
public class TaskPoolConfig {
    @Bean(name = AsyncExecutionAspectSupport.DEFAULT_TASK_EXECUTOR_BEAN_NAME)
    public Executor taskExecutor() {
        ThreadPoolTaskExecutor executor = new ThreadPoolTaskExecutor();
         //核心线程池大小
        executor.setCorePoolSize(10);
        //最大线程数
        executor.setMaxPoolSize(20);
        //队列容量
        executor.setQueueCapacity(200);
        //活跃时间
        executor.setKeepAliveSeconds(60);
        //线程名字前缀
        executor.setThreadNamePrefix("taskExecutor-");
        executor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
        return executor;
    }
    
    @Bean(name = "new_task")
    public Executor taskExecutor() {
        ThreadPoolTaskExecutor executor = new ThreadPoolTaskExecutor();
         //核心线程池大小
        executor.setCorePoolSize(10);
        //最大线程数
        executor.setMaxPoolSize(20);
        //队列容量
        executor.setQueueCapacity(200);
        //活跃时间
        executor.setKeepAliveSeconds(60);
        //线程名字前缀
        executor.setThreadNamePrefix("taskExecutor-");
        executor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
        return executor;
    }
}

@Async注解，使用系统默认或者自定义的线程池（代替默认线程池）。可在项目中设置多个线程池，在异步调用时，指明需要调用的线程池名称，如@Async("new_task")。

注意事项：
  •  @Async异步任务需要添加事务支持步骤
    • @Async与@Transaction注解分开方法，即在@Async注解的方法内部再单独去调用拥有@Transaction注解的方法。
    • 在调用拥有@Async注解的方法的父方法需要添加@Transaction注解。

参考：

https://www.cnblogs.com/keyi/p/11350531.html

https://www.cnblogs.com/wlandwl/p/async.html

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