Spring的异步任务
@Async 注解用于标注一个方法为异步执行。当调用这个方法时，Spring 会启动一个新线程来执行该方法，而调用者不必等待其执行完成。通过 @EnableAsync 注解启用 Spring 的异步功能。这个注解通常标注在配置类上。
异步方法可以返回
- void类型
- Future<T>类型：用于返回异步方法的结果，future.get()会阻塞，直到任务执行完成
- CompletableFuture<T>支持更多的异步编排操作
异步任务的线程池管理
默认线程池：Spring 使用默认的 SimpleAsyncTaskExecutor，但该实现不是真正的线程池，而是每次创建新线程。更常用的是使用 ThreadPoolTaskExecutor 来配置自定义线程池。
自定义线程池：可以通过配置类自定义线程池，实现更好的线程管理和任务调度。
@Configuration
@EnableAsync
public class AsyncConfig {
@Bean(name = "customExecutor")
public ThreadPoolTaskExecutor taskExecutor() {
ThreadPoolTaskExecutor executor = new ThreadPoolTaskExecutor();
executor.setCorePoolSize(10);
executor.setMaxPoolSize(20);
executor.setQueueCapacity(100);
executor.setThreadNamePrefix("AsyncThread-");
executor.initialize();
return executor;
}
}
使用自定义线程池：
@Async("customExecutor")
public void asyncMethod() {
// 异步任务逻辑
}
异步任务的异常处理
默认行为：异步方法中的异常不会自动被抛出到调用者。
处理方式：
-
可以使用
CompletableFuture的exceptionally或handle方法处理异常。 -
还可以配置
AsyncUncaughtExceptionHandler来处理没有返回值的异步任务中的异常。
@Async
public CompletableFuture<String> asyncMethodWithException() {
try {
// 业务逻辑
return CompletableFuture.completedFuture("Task Completed");
} catch (Exception e) {
return CompletableFuture.failedFuture(e);
}
}
// 全局异常处理
@Component
public class AsyncExceptionHandler implements AsyncUncaughtExceptionHandler {
@Override
public void handleUncaughtException(Throwable throwable, Method method, Object... obj) {
System.out.println("Exception in async method: " + throwable.getMessage());
}
}
异步方法的调用方式
内部调用的问题：如果一个类中的异步方法被同类的其他方法调用，由于 Spring 的代理机制，异步方法不会以异步方式执行。必须从外部调用。
面试问题：
- 为什么同类内部调用
@Async标注的方法不会生效？ - 如何解决同类内部调用异步方法的问题？
解释：
当类内调用时，Spring 不能通过代理对象来拦截和处理异步方法，所以异步特性失效。解决方案是通过 外部类 调用，或者使用 Spring AOP。
异步任务的超时控制
- 超时设置：可以通过
@Async中的Future返回类型，结合future.get(timeout, TimeUnit)来设置超时，或者通过线程池配置来控制任务的超时。 - 面试问题：
- 如何为异步任务设置超时？
- 如何在 Spring 异步任务中处理超时异常？
示例：
Future<String> future = asyncMethod();
try {
String result = future.get(5, TimeUnit.SECONDS); // 设置超时
} catch (TimeoutException e) {
// 处理超时
}
并行任务和批量处理
- 多个异步任务并行执行：可以使用
CompletableFuture.allOf()来并行处理多个任务，并在所有任务完成后执行后续逻辑。 - 面试问题：
- 如何并行执行多个异步任务并等待它们完成？
并行执行示例：
CompletableFuture<String> task1 = asyncMethod1();
CompletableFuture<String> task2 = asyncMethod2();
CompletableFuture<String> task3 = asyncMethod3();
CompletableFuture<Void> allTasks = CompletableFuture.allOf(task1, task2, task3);
allTasks.thenRun(() -> {
// 所有任务完成后的操作
});
使用 @Async 的注意事项
- 异步方法必须是
public的，且不能是static，否则 Spring 无法代理。 - 异步方法必须返回
void、Future或CompletableFuture类型，如果返回其他类型，将不会异步执行。 @Async的方法执行时间应较长，适用于异步场景。如果任务非常短暂，则不建议使用@Async，可能会因为线程创建和销毁而带来性能开销。
性能调优与监控
- 线程池调优：在高并发场景下，需要合理配置线程池的大小、队列容量以及拒绝策略，以确保系统的吞吐量和稳定性。
- 监控和优化：可以通过 Spring Actuator 监控线程池的状态，包括线程数量、队列长度、任务完成时间等。结合 JMX 或其他监控工具来优化异步任务执行性能。
- 面试问题：
- 如何监控异步任务的执行情况？
- 如何调优异步任务的线程池配置？
CompletableFuture 和 Future 有什么区别？
CompletableFuture 和 Future 都是用于处理异步操作的接口，但 CompletableFuture 提供了更多功能和更强大的异步编排能力。以下是它们的主要区别：
非阻塞 VS 阻塞
Future：当你调用future.get()方法时，当前线程会阻塞，直到异步任务完成。如果任务执行时间较长，调用线程会一直等待。CompletableFuture：可以以非阻塞的方式处理异步任务，提供了多种回调函数，例如thenApply(),thenAccept()等，允许任务完成后自动执行后续操作，无需阻塞等待。
示例：
// Future 阻塞
Future<String> future = executorService.submit(() -> "Task Result");
String result = future.get(); // 阻塞等待，直到任务完成
// CompletableFuture 非阻塞
CompletableFuture<String> completableFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "Task Result");
completableFuture.thenAccept(result -> {
// 任务完成后的回调，不阻塞
System.out.println("Result: " + result);
});
组合与链式调用
Future：不能将多个Future任务组合在一起，也不能通过链式方式将任务依次执行。每次调用future.get()时，都会阻塞，必须等待结果。CompletableFuture：支持任务之间的组合和链式调用。可以通过thenApply(),thenCompose(),thenCombine()等方法将多个异步任务进行组合，实现复杂的任务编排。
示例：
// 使用 CompletableFuture 进行任务链式调用
CompletableFuture.supplyAsync(() -> "Hello")
.thenApply(result -> result + " World")
.thenAccept(System.out::println); // 输出 "Hello World"
手动完成
Future：Future是由任务的执行者（通常是ExecutorService）完成的，调用者不能手动完成它。CompletableFuture：CompletableFuture提供了手动完成的方法，如complete(),completeExceptionally()，可以在任务执行过程中或之后手动设置结果或异常。
示例：
CompletableFuture<String> completableFuture = new CompletableFuture<>();
completableFuture.complete("Manual completion"); // 手动完成
异常处理
Future：如果任务执行过程中发生异常，future.get()会抛出ExecutionException，没有更灵活的异常处理机制。CompletableFuture：提供了更强大的异常处理机制，可以使用exceptionally()或handle()方法来处理任务执行中的异常，并进行恢复操作。
示例：
CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
throw new RuntimeException("Error");
}).exceptionally(ex -> {
System.out.println("Exception: " + ex.getMessage());
return "Recovered";
}).thenAccept(System.out::println); // 输出 "Recovered"
支持并行任务组合
Future：Future不能直接用于组合多个异步任务。要处理多个Future，通常需要手动管理线程或者使用工具类（如ExecutorCompletionService）。CompletableFuture：可以通过allOf()或anyOf()方法并行执行多个任务，并在所有任务完成或任意一个任务完成时触发后续操作。
示例：
CompletableFuture<String> future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "Task 1");
CompletableFuture<String> future2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "Task 2");
// 并行执行两个任务，等待它们都完成
CompletableFuture.allOf(future1, future2).thenRun(() -> {
System.out.println("All tasks completed");
});
异步回调编排
Future：没有直接支持异步回调的功能。通常需要手动轮询或者阻塞获取结果。CompletableFuture：支持多种异步回调，例如thenApplyAsync(),thenAcceptAsync()等，可以轻松实现非阻塞的异步回调操作。
示例：
CompletableFuture.supplyAsync(() -> "Task")
.thenApplyAsync(result -> result + " Completed")
.thenAcceptAsync(System.out::println); // 异步回调执行
异步处理多个任务
Future：要处理多个异步任务时，Future需要手动协调各个任务，不能灵活地进行组合或处理。CompletableFuture：支持多个任务的组合，比如两个任务并行执行并将结果组合，或一个任务的结果作为下一个任务的输入。使用thenCombine(),thenCompose()等方法可以处理复杂的任务流。
示例：
CompletableFuture<String> task1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "Task 1");
CompletableFuture<String> task2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "Task 2");
// 合并两个任务的结果
task1.thenCombine(task2, (result1, result2) -> result1 + " & " + result2)
.thenAccept(System.out::println); // 输出 "Task 1 & Task 2"
功能拓展
Future：是 Java 5 引入的基本异步接口，功能比较有限，主要用于简单的异步任务执行。CompletableFuture：是 Java 8 引入的增强版异步处理工具，支持更复杂的异步编排和并行处理。除了继承Future的功能外，还提供了更多高级特性。
总结：
Future适合简单的异步任务提交和阻塞获取结果，功能有限。CompletableFuture是更加强大、灵活的工具，支持非阻塞的任务执行、异步回调、任务组合、异常处理等复杂场景，是处理现代异步编程的首选。
面试问题示例：
Future和CompletableFuture有什么区别？- 在什么情况下使用
CompletableFuture优于Future？ - 如何处理
CompletableFuture中的异常？ - 如何使用
CompletableFuture实现多个异步任务的并行处理？
1. Future 和 CompletableFuture 有什么区别？
Future是 Java 5 引入的异步结果容器，主要用于简单的异步任务，它需要调用get()方法阻塞等待结果。CompletableFuture是 Java 8 引入的扩展版，支持链式任务、非阻塞操作、异步回调、任务组合以及更强的异常处理机制，允许更加灵活地处理异步任务。
2. 在什么情况下使用 CompletableFuture 优于 Future？
- 当我们需要非阻塞的异步操作，异步回调，或者组合多个异步任务时，
CompletableFuture更加合适。它支持链式任务执行、异步结果处理，并且能更方便地处理异常和组合任务。
3. 如何处理 CompletableFuture 中的异常？
CompletableFuture提供了exceptionally()和handle()等方法，用于捕获并处理任务中的异常。例如，exceptionally()可以在出现异常时提供默认值或执行恢复操作，handle()可以同时处理成功结果和异常。
4. 如何使用 CompletableFuture 实现多个异步任务的并行处理？
- 可以使用
CompletableFuture.allOf()来并行执行多个异步任务，等待所有任务完成后继续执行；也可以使用thenCombine()来合并两个任务的结果。这样可以有效实现任务的并行处理并合并结果。