Spring Boot中@Async注解的使用及原理 + 常见问题及解决方案

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1、前言

在现代Java应用程序中，异步处理是提高性能和响应速度的重要手段之一，比如博主之前分享的【Spring Boot 使用自定义注解和自定义线程池实现异步日志记录】，就是采用了异步处理来实现日志记录，而在Spring Boot中它提供了@Async注解来简化异步编程，今天博主就来和小伙伴们分享本@Async注解的基本使用、实现原理以及应用场景。

2、@Async注解的基本使用

@Async注解用于标注方法，使其在独立的线程中异步执行。Spring Boot提供了一种简单的方法来启用异步方法调用，只需在配置类或主类上添加@EnableAsync注解

❶ 引入依赖

在 Spring Boot 项目 pom.xml 文件中添加必要的依赖：

<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
</dependency>
<dependency>
    <groupId>org.springframework.boot</groupId>
    <artifactId>spring-boot-starter-aop</artifactId>
</dependency>

❷ 启用异步支持

在Spring Boot应用的配置类或主类上启用异步支持 @EnableAsync：

import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
import org.springframework.scheduling.annotation.EnableAsync;

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

❸ 定义异步方法

使用@Async注解定义异步方法。例如：创建一个服务类AsyncService

import org.springframework.scheduling.annotation.Async;
import org.springframework.stereotype.Service;

@Service
public class AsyncService {

    @Async
    public void asyncMethod() {
        try {
            Thread.sleep(5000); // 模拟耗时操作
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("异步方法执行完成");
    }
}

❹ 调用异步方法

在需要调用异步方法的地方，通过注入AsyncService并调用其异步方法

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

@RestController
@RequestMapping("/api")
public class AsyncController {

    @Autowired
    private AsyncService asyncService;

    @GetMapping("/async")
    public String callAsyncMethod() {
        asyncService.asyncMethod();
        return "异步方法已调用";
    }
}

最后请求访问Controller/api/async , 会发现Controller立即返回响应，而asyncMethod将在独立线程中执行，5秒后控制台输出：异步方法执行完成

3、@Async注解的实现原理

@Async注解的实现依赖于Spring的AOP（面向切面编程）和TaskExecutor

❶ TaskExecutor

Spring 使用TaskExecutor来处理异步任务。默认情况下，Spring Boot使用SimpleAsyncTaskExecutor，但我们也可以自定义TaskExecutor来控制线程池

自定义TaskExecutor
我们可以通过@Bean注解定义自定义的TaskExecutor

import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.scheduling.concurrent.ThreadPoolTaskExecutor;
import java.util.concurrent.Executor;

@Configuration
public class AsyncConfig {

    @Bean(name = "taskExecutor")
    public Executor taskExecutor() {
        ThreadPoolTaskExecutor executor = new ThreadPoolTaskExecutor();
        executor.setCorePoolSize(5);
        executor.setMaxPoolSize(10);
        executor.setQueueCapacity(25);
        executor.setThreadNamePrefix("AsyncThread-");
        executor.initialize();
        return executor;
    }
}

❷ AOP代理

@Async注解通过Spring AOP代理来实现异步调用。当标注为@Async的方法被调用时，Spring AOP会拦截调用并在TaskExecutor的线程池中异步执行该方法

❸ 异步方法返回值

@Async注解的方法可以返回void、Future、CompletableFuture等类型，如下代码

import org.springframework.scheduling.annotation.Async;
import org.springframework.stereotype.Service;
import java.util.concurrent.CompletableFuture;

@Service
public class AsyncService {

    @Async
    public CompletableFuture<String> asyncMethodWithReturn() {
        try {
            Thread.sleep(5000); // 模拟耗时操作
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return CompletableFuture.completedFuture("异步方法返回结果");
    }
}

调用带返回值的异步方法：

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;
import java.util.concurrent.CompletableFuture;

@RestController
public class AsyncController {

    @Autowired
    private AsyncService asyncService;

    @GetMapping("/asyncWithReturn")
    public CompletableFuture<String> callAsyncMethodWithReturn() {
        return asyncService.asyncMethodWithReturn();
    }
}

4、应用场景

@Async注解适用于各种需要异步处理的场景，例如：

❶ 后台任务处理

在Web应用中，有些任务（如发送邮件、生成报告）耗时较长，可以使用@Async异步处理，使用户无需等待任务完成即可获得响应。

❷ 并行处理

对于可以并行处理的任务，如并行数据处理、并行调用多个外部服务，使用@Async可以提高效率。

❸ 提高系统吞吐量

通过异步调用，可以充分利用多线程资源，提高系统的吞吐量和响应速度。

5、常见问题及解决方案

5.1、@Async方法调用无效

如果在同一个类中调用@Async注解的方法，异步调用可能无效。这是因为Spring AOP代理无法拦截同一类中的@Async。

解决方法：将异步方法放到另一个类中，通过依赖注入进行调用

5.2、异常处理

异步方法中的异常不会自动传播到调用方。可以使用CompletableFuture处理异常，见下面演示代码

import org.springframework.scheduling.annotation.Async;
import org.springframework.stereotype.Service;
import java.util.concurrent.CompletableFuture;

@Service
public class AsyncService {

    @Async
    public CompletableFuture<String> asyncMethodWithException() {
        try {
            Thread.sleep(5000); // 模拟耗时操作
            throw new RuntimeException("异常发生");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return CompletableFuture.completedFuture("异步方法完成");
    }
}

处理异常：

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

import java.util.concurrent.CompletableFuture;

@RestController
public class AsyncController {

    @Autowired
    private AsyncService asyncService;

    @GetMapping("/asyncWithException")
    public CompletableFuture<String> callAsyncMethodWithException() {
        return asyncService.asyncMethodWithException()
                .exceptionally(ex -> "处理异常：" + ex.getMessage());
    }
}

6、结语

Spring Boot的@Async注解提供了一种简洁且强大的方式来实现异步处理。通过启用异步支持、定义异步方法并自定义TaskExecutor，可以高效地处理各种异步任务。掌握@Async注解的使用和原理，有助于提升应用程序的性能和响应速度。

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