阿里面试：说说@Async实现原理？

@Async 是 Spring 3.0 提供的一个注解，用于标识某类（下的公共方法）或某方法会执行异步调用。

接下来，我们来看下 @Async 的基本使用和实现原理。

1.基本使用

@Async 基本使用可以分为以下 3 步：

项目中开启异步支持
创建异步方法
调用异步方法

1.1 开启异步支持

以 Spring Boot 项目为例，我们首先需要在 Spring Boot 的启动类，也就是带有@SpringBootApplication 注解的类上添加 @EnableAsync 注解，以开启异步方法执行的支持，如下代码所示：

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

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

1.2 创建异步方法

创建异步方法是在需要异步执行的方法上添加 @Async 注解，这个方法一定是要放在被 IoC 容器管理的 Bean 中，只有被 IoC 管理的类才能实现异步调用，例如在带有 @Service 注解的类中创建异步方法：

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

@Service
public class AsyncService {

    @Async
    public void performAsyncTask() {
        // 这里放置需要异步执行的代码
        System.out.println("异步任务正在执行，当前线程：" + Thread.currentThread().getName());
    }
}

1.3 调用异步方法

在其他类或方法中，通过注入这个服务类的实例来调用异步方法。注意，直接在同一个类内部调用不会触发异步行为，必须通过注入的实例调用，使用 new 创建的对象也不能进行异步方法调用，具体实现代码如下：

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

@RestController
public class MyController {

    @Autowired
    private AsyncService asyncService;

    @GetMapping("/startAsync")
    public String startAsyncTask() {
        asyncService.performAsyncTask();
        return "异步任务已启动";
    }
}

2.实现原理

简单来说，@Async 注解是由 AOP（面向切面）实现的，具体来说，它是由 AsyncAnnotationAdvisor 这个切面类来实现的。

在 AsyncAnnotationAdvisor 中，会使用 AsyncExecutionInterceptor 来处理 @Async 注解，它会在被 @Async 注解标识的方法被调用时，创建一个异步代理对象来执行方法。这个异步代理对象会在一个新的线程中调用被 @Async 注解标识的方法，从而实现方法的异步执行。

在 AsyncExecutionInterceptor 中，核心方法是 getDefaultExecutor 方法，使用此方法来获取一个线程池来执行被 @Async 注解修饰的方法，它的实现源码如下：

@Nullable
protected Executor getDefaultExecutor(@Nullable BeanFactory beanFactory) {
    Executor defaultExecutor = super.getDefaultExecutor(beanFactory);
    return (Executor)(defaultExecutor != null ? defaultExecutor : new SimpleAsyncTaskExecutor());
}

此方法实现比较简单，它是先尝试调用父类 AsyncExecutionAspectSupport#getDefaultExecutor 方法获取线程池，如果父类方法获取不到线程池再用创建 SimpleAsyncTaskExecutor 对象作为 Async 的线程池返回。

而 SimpleAsyncTaskExecutor 中在执行任务时是这样的：

protected void doExecute(Runnable task) {
    this.newThread(task).start();
}

可以看出，在 Spring 框架中如果使用默认的 @Async 注解，它的执行比较简单粗暴，并没有使用线程池，而是每次创建线程来执行，所以在 Spring 框架中是不能直接使用 @Async 注解的，需要使用 @Async 注解搭配自定义的线程池，既实现 AsyncConfigurer 接口来提供自定义的 ThreadPoolTaskExecutor 来创建线程池，以确保 @Async 能真正的使用线程池来执行异步任务。

然而，在 Spring Boot 中，因为在框架启动时，自动注入了 ThreadPoolTaskExecutor，如下源码所示：

@ConditionalOnClass({ThreadPoolTaskExecutor.class})
@AutoConfiguration
@EnableConfigurationProperties({TaskExecutionProperties.class})
@Import({TaskExecutorConfigurations.ThreadPoolTaskExecutorBuilderConfiguration.class, TaskExecutorConfigurations.TaskExecutorBuilderConfiguration.class, TaskExecutorConfigurations.SimpleAsyncTaskExecutorBuilderConfiguration.class, TaskExecutorConfigurations.TaskExecutorConfiguration.class})
public class TaskExecutionAutoConfiguration {
    public static final String APPLICATION_TASK_EXECUTOR_BEAN_NAME = "applicationTaskExecutor";

    public TaskExecutionAutoConfiguration() {
    }
}

具体的构建细节源码如下：

@Bean
@ConditionalOnMissingBean({TaskExecutorBuilder.class, ThreadPoolTaskExecutorBuilder.class})
ThreadPoolTaskExecutorBuilder threadPoolTaskExecutorBuilder(TaskExecutionProperties properties, ObjectProvider<ThreadPoolTaskExecutorCustomizer> threadPoolTaskExecutorCustomizers, ObjectProvider<TaskExecutorCustomizer> taskExecutorCustomizers, ObjectProvider<TaskDecorator> taskDecorator) {
    TaskExecutionProperties.Pool pool = properties.getPool();
    ThreadPoolTaskExecutorBuilder builder = new ThreadPoolTaskExecutorBuilder();
    builder = builder.queueCapacity(pool.getQueueCapacity());
    builder = builder.corePoolSize(pool.getCoreSize());
    builder = builder.maxPoolSize(pool.getMaxSize());
    builder = builder.allowCoreThreadTimeOut(pool.isAllowCoreThreadTimeout());
    builder = builder.keepAlive(pool.getKeepAlive());
    TaskExecutionProperties.Shutdown shutdown = properties.getShutdown();
    builder = builder.awaitTermination(shutdown.isAwaitTermination());
    builder = builder.awaitTerminationPeriod(shutdown.getAwaitTerminationPeriod());
    builder = builder.threadNamePrefix(properties.getThreadNamePrefix());
    Stream var10001 = threadPoolTaskExecutorCustomizers.orderedStream();
    Objects.requireNonNull(var10001);
    builder = builder.customizers(var10001::iterator);
    builder = builder.taskDecorator((TaskDecorator)taskDecorator.getIfUnique());
    builder = builder.additionalCustomizers(taskExecutorCustomizers.orderedStream().map(this::adapt).toList());
    return builder;
}

因此在 Spring Boot 框架中可以直接使用 @Async 注解，无需担心它每次都会创建线程来执行的问题。

课后思考

为什么使用 @Async 注解不能解决循环依赖的问题？为什么使用 @Async 注解会导致事务实现？

本文已收录到我的面试小站 www.javacn.site，其中包含的内容有：Redis、JVM、并发、并发、MySQL、Spring、Spring MVC、Spring Boot、Spring Cloud、MyBatis、设计模式、消息队列等模块。

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