一文掌握SpringBoot注解之@Async知识文集(1)

发布时间：2024年01月17日

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🔎 Java 注解 @Async 学习(1)

🍁 01. 请解释一下 @Async 注解的作用和用途是什么？

@Async 注解 是 Spring 框架中用于实现异步方法调用的注解。通过在方法上添加 @Async 注解，可以告诉 Spring 将该方法的执行放在一个单独的线程中，从而提供异步执行的能力。

@Async 注解的主要作用和用途如下：

1.异步执行任务：使用 @Async 注解可以将某个方法的执行变为异步的，这意味着调用该方法时不会阻塞主线程，而是会在新的线程中执行，提高应用的并发性和响应性能。

2.提高系统性能：通过将一些耗时的操作异步化，可以让主线程能够继续处理其他任务，从而提高系统的吞吐量和性能表现。

3.简化编程模型：使用 @Async 注解可以方便地编写异步代码，而不需要手动管理线程的创建、启动和销毁等操作。这样可以减少开发人员在并发编程中的工作量和复杂性。

4.异步异常处理：@Async 注解也提供了异常处理的机制，可以捕获和处理异步任务中产生的异常，避免异常在系统中蔓延导致严重问题。

总之，@Async 注解的作用是让方法异步执行，用途是提高系统并发性能和响应能力，简化异步编程模型，同时提供异常处理机制。在 Spring 框架中，可以很方便地使用 @Async 注解来实现异步方法调用。

🍁 02. @Async 注解的原理是什么？如何实现异步执行？

@Async 注解的原理是，Spring 在运行时会检查带有 @Async 注解的方法，将其封装成一个异步任务，并使用线程池来执行这个任务。具体来说，当执行带有 @Async 注解的方法时，Spring 框架会做以下几件事情：

1.Spring 会判断当前调用方法是否是异步，如果方法上有 @Async 注解，则认为该方法是异步方法。

2.Spring 会创建一个线程池来管理异步方法的执行，线程池可以由用户手动指定，也可以使用 Spring 的默认线程池。

3.当 Spring 发现一个被标记为 @Async 的方法时，它会将该方法封装成一个 Callable 对象，并提交到线程池中执行。

4.执行线程中的 Callable 对象返回一个 Future 对象，通过 Future 对象可以得到异步方法的执行结果。

5.当异步方法执行完成后，Future 对象的 get() 方法会返回异步方法的计算结果。

6.如果异步任务执行过程中出现异常，则会将异常拦截并存储在 Future 对象中，等待调用者处理。

总之，@Async 注解的原理是通过将需要异步执行的方法封装成 Callable 对象，并使用线程池进行管理和调度。这种机制能够使得异步任务的处理更加灵活和高效，能够提高系统的并发性和性能表现。同时，也需要注意线程安全和异常处理等问题，保证异步任务的正确执行。

此外，还需要注意以下几点：

1.异步方法必须定义在一个 Bean 中，并且在执行时要通过代理方式来调用，这是因为 @Async 是通过 Spring AOP 实现的。

2.@Async 注解只能作用于 public 方法上，如果想要作用于其他方法，请在内部调用该方法的外部方法上添加 @Async 注解。

3.使用 @Async 注解时，需要在配置文件中指定线程池的名称，或者通过配置类中的 @EnableAsync 注解来设定线程池。

4.异步方法的返回值只能是 Future 或 CompletableFuture 对象，用于表示异步计算的结果或进度。

5.注意线程安全问题，异步方法中尽量避免对共享变量进行操作，否则可能会引发竞争和死锁等问题。

总之，@Async 注解的原理是通过 Spring AOP 和线程池机制来实现异步执行，需要注意线程安全、返回值类型和配置线程池等问题，并合理处理异常情况。使用 @Async 注解可以提高程序的执行效率和并发性能，但也需要谨慎使用，以免引入不必要的复杂性和风险。

实现异步执行有多种方式，以下列举一些常用的方式：

1.使用线程：最基本的异步执行方法是使用 Java 的线程机制，通过创建新的线程来执行任务，避免在主线程中阻塞。Java 提供了多种方式创建线程，最常见的是通过实现 Runnable 或 Callable 接口，并使用 Thread 或 Executor 等类来启动线程。不过这种方式需要手动管理线程的生命周期，容易引起线程安全和内存泄漏等问题。

2.使用 RunnableFuture 或 CompletableFuture：Java 5.0 之后提供了一些实现了 Callable 接口的可运行对象（如 RunnableFuture），以及实现了 Future 接口的异步计算对象（如 CompletableFuture），这些对象可以很方便地实现异步执行，并提供了一些方便的操作方法。

3.使用 Spring 的 @Async 注解：Spring 框架提供了 @Async 注解，可以让特定的方法异步执行，并使用线程池来管理异步任务的执行。通过注解的方式可以很方便地实现异步执行，同时也支持异常处理、线程池配置等功能。

4.使用 Java 的线程池：Java 5.0 之后提供了 Executor 框架，其中最常用的是 ThreadPoolExecutor 类。通过创建线程池并提交任务可以实现异步执行，同时还能够管理线程的数量、调度等操作。不过需要手动管理线程池的生命周期和异常处理等问题。

总之，实现异步执行的方式有多种，可以选择不同的方式根据具体的需求和场景。使用线程需要手动管理线程的生命周期和异常处理等问题，使用 Spring 的 @Async 注解相对简单便捷，使用 Java 的线程池可以更好地管理线程池、调度、异常处理等操作。无论选择何种方式，都需要注意线程安全问题和异常处理等风险。

下面举例说明一下如何使用 Spring 的 @Async 注解实现异步执行。

首先，在 Spring Boot 应用程序中，我们需要在配置类上添加 @EnableAsync 注解，启用异步执行的功能：

@Configuration
@EnableAsync
public class AppConfig {
    // ...
}

然后，在需要异步执行的方法上添加 @Async 注解：

@Service
public class MyService {
    @Async
    public CompletableFuture<String> doSomethingAsync() {
        // ...
    }
}

在方法上加上 @Async 注解后，Spring 会将该方法封装成一个异步任务，并使用内部的线程池来执行该任务。可以通过返回 CompletableFuture 或其他 Future 对象，来获取异步执行的结果：

@Service
public class MyOtherService {
    @Autowired
    private MyService myService;

    public void callAsyncMethod() throws Exception {
        CompletableFuture<String> future = myService.doSomethingAsync();
        // 在异步任务没完成前，可以做其他事情

        String result = future.get(); // 等待异步任务完成并获取结果
        // 使用异步任务的结果
    }
}

值得注意的是，@Async 注解只能作用于 public 方法上，并且该方法必须在同一个 Bean 中。此外，异步方法的返回值必须是一个 Future 或 CompletableFuture 对象，用于表示异步任务的结果或进度。在使用 @Async 注解时，还需要配置线程池的名称或自定义的 TaskExecutor 对象。

总之，使用 @Async 注解可以很方便地实现异步执行，在保持线程安全和异常处理的前提下，可以提高程序的执行效率和并发性能。多使用 CompletableFuture 来处理 Future 对象可以使得异步处理更加优雅和具有可读性。

🍁 03. Spring 中的 @EnableAsync 注解是用来做什么的？

在Spring中使用@EnableAsync注解是为了启用异步方法的支持。

@EnableAsync注解可以放在配置类上，用于告诉Spring启用异步执行的功能。当该注解被应用于配置类后，Spring会在后台创建一个线程池，并使用这个线程池来执行被@Async注解修饰的方法。这样，方法就可以以异步的方式执行，而不会阻塞主线程。

启用异步执行功能后，Spring会使用配置的线程池来管理异步任务的执行。这允许开发人员更方便地使用@Async注解来标记需要异步执行的方法，而无需显式地操作底层的Executor。同时，@EnableAsync也提供了更多的自定义配置选项，如设置线程池大小、并发策略等。

下面是一个示例，展示了如何在Spring中使用@EnableAsync注解：

@Configuration
@EnableAsync
public class AppConfig {
    // 配置其他Bean

    // ...
}

通过在配置类上添加@EnableAsync注解，以及在需要异步执行的方法上添加@Async注解，就可以在Spring中启用并使用异步方法了。

需要注意的是，@EnableAsync注解只能放在@Configuration类上，且异步方法必须在同一Spring容器中的其他Bean中调用才能生效。否则，异步功能不会生效，方法仍然会以同步方式执行。

总的来说，@EnableAsync注解是Spring中的一个特性，用于启用异步方法的支持，通过这个注解，开发人员可以更方便地在Spring应用程序中使用异步执行，提升程序的性能和并发能力。

🍁 04. 使用 @Async 注解时需要注意哪些事项？

使用@Async注解时，需要注意以下几个方面：

1.方法必须是public，才能在被Spring代理后，通过代理对象来调用异步方法。

2.异步方法不能static，因为Spring AOP是基于JDK代理和CGLib代理实现的，它只能代理Spring Bean中的方法，而静态方法不属于Bean。

3.异步方法应该尽量短小，不应该包含太多业务逻辑，以免出现并发问题。

4.@Async不应该和@Transactional注解同时使用在同一个方法上。如果两个注解同时使用，Spring事务将不会起作用。

5.默认情况下，Spring在代理对象中使用一个名为"simpleAsyncTaskExecutor"的SimpleAsyncTaskExecutor来执行异步方法。但是，我们也可以在XML配置文件中使用task:annotation-driven标签和task:executor元素自定义异步方法的线程池。

6.异步方法返回的是一个Future对象，可以通过这个对象来获取异步执行结果或者确认异步任务是否执行完成。

总之，使用@Async注解可以方便地实现异步方法的调用，提高系统的响应速度和并发处理能力。但是，在使用时也需要注意以上几点，以避免出现并发安全和事务问题。

🍁 05. @Async 注解对方法的返回值类型有限制吗？如果有，有什么限制？

@Async注解对方法的返回值类型有一些限制。

首先，被@Async注解修饰的方法必须有一个返回值。这是因为在异步执行中，Spring需要通过返回值来获取异步方法的执行结果。

其次，异步方法的返回值类型必须是一个Future或CompletableFuture对象。这是因为异步方法不会阻塞主线程，无法直接获取方法的返回结果。通过返回一个Future或CompletableFuture对象，可以通过这个对象来获取异步方法的结果。

如果希望异步方法返回的是一个具体的结果而不是Future或CompletableFuture对象，可以使用CompletableFuture的相关方法来进行转换。

下面是一个示例，演示了如何在异步方法中返回具体的结果：

@Service
public class MyService {
    @Async
    public CompletableFuture<String> doSomethingAsync() {
        // 异步执行任务
        // ...

        return CompletableFuture.completedFuture("异步执行结果");
    }
}

在上述示例中，doSomethingAsync方法被@Async注解修饰为异步方法，并且返回一个CompletableFuture对象。通过调用CompletableFuture.completedFuture方法，可以将具体的结果包装成CompletableFuture对象，然后返回给调用方。

总结起来，@Async注解对方法的返回值类型有限制，需要返回一个Future或CompletableFuture对象。通过返回这样的对象，可以在异步执行完成后获取到方法的返回结果。

🍁 06. @Async 注解线程池的默认线程数量是多少？如何自定义线程池的配置？

@Async注解使用的默认线程池是由Spring提供的SimpleAsyncTaskExecutor，它只包含一个线程。这个默认的线程池没有大小限制，每个异步方法都会创建一个新的线程来执行。

如果想要自定义线程池的配置，可以通过在Spring配置文件中添加task:annotation-driven和task:executor元素来实现。

例如，可以在XML配置文件中按以下方式配置一个自定义的线程池：

<task:annotation-driven />
<task:executor id="myExecutor" pool-size="10" />

在上述配置中，task:annotation-driven用于启用@Async注解的功能，task:executor则定义了一个名为"myExecutor"的线程池，它最多可以同时执行10个线程。

然后，在需要使用自定义线程池的地方，可以通过在@Async注解中指定线程池的名称来应用自定义的线程池。例如：

@Service
public class MyService {
    @Async("myExecutor")
    public void myAsyncMethod() {
        // 异步执行任务
        // ...
    }
}

在上述示例中，myAsyncMethod方法使用了名为"myExecutor"的自定义线程池来执行异步任务。

🍁 07. 异步任务中出现异常如何处理？有哪些方式来处理异常？

在异步任务中出现异常，可以通过以下几种方式来处理：

1.在异步方法中捕获并处理异常。这种方式比较容易实现，也比较灵活，可以根据具体情况来决定如何处理异常。例如，可以在异步方法中调用try-catch语句来捕获异常，并将异常信息记录下来，或向外抛出自定义异常等。但是需要注意的是，使用这种方式处理异常时，异步方法的返回值必须是一个Future对象，否则外部无法直接获取到异常信息。

2.使用@Async注解的属性来设置异常处理类。@Async注解提供了一个exception-throwing属性，可以指定一个异常处理类来处理异步方法中的异常。如果异步方法抛出了异常，异常将会被封装到ThrowableHolder对象中，并传递给exception-throwing属性所指定的异常处理类进行处理。

例如：

@Service
public class MyService {
    @Async(exception-throwing = "myAsyncExceptionHandler")
    public void myAsyncMethod() throws MyException {
        // 异步执行任务
        // ...
    }
    
    public void myAsyncExceptionHandler(Throwable exception) {
        // 处理异常
        // ...
    }
}

在上述示例中，@Async注解的exception-throwing属性指定了一个名为"myAsyncExceptionHandler"的异常处理类。如果myAsyncMethod方法中抛出了异常，异常将会被封装到ThrowableHolder对象中，并传递给myAsyncExceptionHandler方法进行处理。

3.使用@ExceptionHandler注解来处理异常。@ExceptionHandler注解用于指定一个方法来处理指定类别的异常。如果异步方法中抛出了异常，并且在异常处理类中定义了与该异常类型相对应的@ExceptionHandler方法，那么该@ExceptionHandler方法将会被调用来处理异常。

例如：

@ControllerAdvice
public class GlobalExceptionHandler {
    @ExceptionHandler(MyException.class)
    public void handleMyException(MyException ex) {
        // 处理异常
        // ...
    }
}

在上述示例中，GlobalExceptionHandler是一个全局异常处理类，在类中使用@ControllerAdvice注解进行标记，并定义了一个handleMyException方法，用于处理MyException类型的异常。

🍁 08. 使用 @Async 注解时，任务的执行顺序是如何保证的？

@Async注解的默认情况下，异步任务的执行顺序是不确定的，具体取决于线程池的调度策略、各个任务的执行时间、任务的依赖关系等因素。这意味着，虽然异步任务能够提升系统的吞吐量和响应速度，但是它们的执行顺序是不可预测的。

如果需要保证异步任务的执行顺序，可以采取以下两种方式：

1.串行执行。即将多个异步任务放到同一个线程池中，且线程池只包含一个线程，这样可以保证多个异步任务按照添加的顺序依次执行。例如：

@Service
public class MyService {
    private ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();
    
    @Async
    public void task1() {
        // 执行任务1
    }
    
    @Async
    public void task2() {
        // 执行任务2
    }
    
    @Async
    public void task3() {
        // 执行任务3
    }
    
    public void executeAsyncTasks() {
        task1();
        task2();
        task3();
    }
}

在上述示例中，ExecutorService线程池只包含一个线程，executeAsyncTasks方法依次调用了task1、task2和task3三个异步方法，这样就可以确保它们的执行顺序是固定的，且按照添加时的顺序依次执行。

2.使用CompletableFuture类来实现任务依赖关系。CompletableFuture类是Java 8中新增的一个类，它可以用来管理异步任务的执行，支持多个任务之间的依赖关系，可以通过thenApply、thenCompose等方法来实现。例如：

@Service
public class MyService {
    @Async
    public CompletableFuture<String> task1() {
        // 执行任务1
        return CompletableFuture.completedFuture("结果1");
    }
    
    @Async
    public CompletableFuture<String> task2(String result1) {
        // 执行任务2
        return CompletableFuture.completedFuture("结果2");
    }
    
    @Async
    public CompletableFuture<String> task3(String result2) {
        // 执行任务3
        return CompletableFuture.completedFuture("结果3");
    }
    
    public void executeAsyncTasks() throws InterruptedException, ExecutionException {
        CompletableFuture<String> future1 = task1();
        CompletableFuture<String> future2 = future1.thenComposeAsync(this::task2);
        CompletableFuture<String> future3 = future2.thenComposeAsync(this::task3);
        System.out.println(future3.get());
    }
}

在上面这个例子中，通过thenComposeAsync方法，建立了task1、task2、task3三个异步方法的依赖关系，确保了它们的执行顺序，即先执行task1，根据task1的执行结果再执行task2，最后执行task3。

需要注意的是，使用此方法前，需要确保Spring的@Async功能已经启用。可以在配置文件中通过task:annotation-driven/进行启用。

除了上述提到的两种方式外，还可以使用Future和CompletionService来保证异步任务的执行顺序。

1.使用Future： 可以使用java.util.concurrent.Future对象来获取异步任务的返回结果，并进一步控制任务的执行顺序。通过调用Future的get()方法可以等待任务执行完成，并获取其返回结果。以下是一个示例：

@Service
public class MyService {
    private ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(3);
    
    @Async
    public Future<String> task1() {
        // 执行任务1
        return executor.submit(() -> {
            // 执行任务1的具体逻辑
            return "结果1";
        });
    }
    
    @Async
    public Future<String> task2() {
        // 执行任务2
        return executor.submit(() -> {
            // 执行任务2的具体逻辑
            return "结果2";
        });
    }
    
    @Async
    public Future<String> task3() {
        // 执行任务3
        return executor.submit(() -> {
            // 执行任务3的具体逻辑
            return "结果3";
        });
    }
    
    public void executeAsyncTasks() throws InterruptedException, ExecutionException {
        Future<String> future1 = task1();
        Future<String> future2 = task2();
        Future<String> future3 = task3();
        
        System.out.println(future1.get());
        System.out.println(future2.get());
        System.out.println(future3.get());
    }
}

在上述示例中，任务task1、task2和task3被提交到ExecutorService线程池中，并通过Future对象获取其返回结果。在执行executeAsyncTasks方法时，由于get()方法的阻塞特性，会依次等待任务执行完成并获取结果，从而保证了任务的执行顺序。

2.使用CompletionService： java.util.concurrent.CompletionService接口提供了一种更为高级的异步任务结果获取方式。它可以将每个任务的结果保存在一个阻塞队列中，并提供poll()或take()方法来获取已完成的任务结果，从而实现按照任务完成顺序获取结果的功能。以下是一个示例：

@Service
public class MyService {
    private ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(3);
    private CompletionService<String> completionService = new ExecutorCompletionService<>(executor);
    
    @Async
    public void task1() {
        // 执行任务1
        completionService.submit(() -> {
            // 执行任务1的具体逻辑
            return "结果1";
        });
    }
    
    @Async
    public void task2() {
        // 执行任务2
        completionService.submit(() -> {
            // 执行任务2的具体逻辑
            return "结果2";
        });
    }
    
    @Async
    public void task3() {
        // 执行任务3
        completionService.submit(() -> {
            // 执行任务3的具体逻辑
            return "结果3";
        });
    }
    
    public void executeAsyncTasks() throws InterruptedException {
        task1();
        task2();
        task3();
        
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            Future<String> future = completionService.take();
            System.out.println(future.get());
        }
    }
}

在上述示例中，任务task1、task2和task3通过CompletionService.submit()方法提交到线程池中，并将结果保存在阻塞队列中。在executeAsyncTasks方法中，通过completionService.take()方法来从阻塞队列中获取已完成的任务结果，并保证了按照任务的完成顺序获取结果。

总之，以上这些方法都提供了一些方式来保证异步任务的执行顺序，选择合适的方式取决于具体的业务需求和场景。

🍁 09. Spring 中的异步任务和多线程的区别是什么？

在 Spring 中，异步任务和多线程是两种处理并发操作的方式，它们有一些区别。

  1. 实现方式不同：异步任务是通过应用程序内的方法调用来实现的，而多线程是通过创建和管理线程来实现的。

  2. 编程模型不同：异步任务通常基于回调（callback）或 Future，开发者可以通过定义回调方法或获取 Future 对象来处理异步任务的结果。而多线程通常使用线程和共享数据的同步机制来实现并发操作。

  3. 控制粒度不同：异步任务更适合处理耗时较长的操作，用于将这些操作移出主线程，以避免阻塞应用程序。而多线程可以用于各种粒度的并发操作，可以更细粒度地控制任务的执行。

  4. 异常处理不同：在异步任务中，异常往往需要通过回调方法或 Future 对象来处理。而在多线程中，异常可以使用 try-catch 块来捕获和处理。

  5. 线程管理不同：在异步任务中，线程的创建和管理由框架自动处理，开发者只需要定义任务和回调方法。而多线程需要手动创建和管理线程，包括线程的生命周期和资源的释放。

综上所述，异步任务和多线程都可以用于处理并发操作，但它们的实现方式、编程模型、控制粒度、异常处理和线程管理等方面存在一些差异。在使用时，应根据具体的需求选择适合的并发处理方式。

下面是一个表格来总结异步任务和多线程之间的区别：

特征异步任务多线程
实现方式通过方法调用实现通过线程的创建和管理实现
编程模型基于回调或 Future 对象基于线程和共享数据的同步机制
控制粒度更适合处理耗时较长的操作可以用于各种粒度的并发操作
异常处理通过回调或 Future 对象处理异常可以使用 try-catch 块捕获和处理异常
线程管理线程的创建和管理由框架自动处理需要手动创建和管理线程，包括线程的生命周期和资源释放
应用场景适合处理 I/O 阻塞等异步操作或任务适合处理 CPU 密集型或需要并发处理的任务
程序设计回调函数或 Future 对象需要事先定义定义线程和共享数据的同步机制
开发效率开发者只需要关注任务和回调函数的定义需要更多的线程和同步机制的编码复杂度更高
系统稳定性避免阻塞主线程，减少出错的机会线程安全问题需要谨慎处理
资源占用不需要过多的线程和资源占用需要更多的线程和并发执行的资源占用较高

以上是异步任务和多线程之间的主要区别的对比表格，希望能够更好地帮助您理解它们之间的差异。

🍁 10. @Async 注解可以用在哪些地方？除了方法之外还有其他用途吗？

在 Spring 框架中，@Async 注解通常用于标记方法，以指示该方法应该以异步方式执行。除了方法之外，@Async 注解还可以用在其他地方。

  1. 接口方法：可以将 @Async 注解用于接口方法上。在使用基于接口的代理时，该注解将被 CGLIB 代理正确地拦截，使异步方法得以生效。

  2. 类级别：@Async 注解也可以用于类级别，表示该类的所有方法都应该异步执行。在这种情况下，需要确保代理机制正确地应用于该类，例如，通过将类标记为 Spring 组件或使用编程式代理等。

  3. 自调用：如果一个方法在同一个类中被另一个方法调用，且希望这两个方法在不同的线程中执行，可以使用 @Async 注解在自调用的方法上。但要确保代理机制正确应用到类中。

  4. 异常处理：@Async 方法如果抛出异常，Spring 默认会将异常记录到日志中并继续执行。如果希望在方法抛出异常时立即得到通知，可以定义一个具有 @Async 注解的方法并在其上方定义 @ExceptionHandler 来处理异常。

总之，尽管 @Async 注解主要用于标记异步执行的方法，但也可以将其用在接口方法、类级别以及自调用和异常处理等方面，以实现更细粒度的异步控制。

当需要在 Spring 中使用 @Async 注解时，以下是几个示例：

1.异步执行方法：

@Service
public class MyService {
    
    @Async
    public void asyncMethod() {
        // 异步执行的逻辑
    }
}

2.接口方法上的异步执行：

public interface MyService {
    
    @Async
    void asyncMethod();
}

@Service
public class MyServiceImpl implements MyService {
    
    @Override
    public void asyncMethod() {
        // 异步执行的逻辑
    }
}

3.类级别的异步执行：

@Service
@Async
public class MyService {
    
    public void method1() {
        // 异步执行的逻辑
    }
    
    public void method2() {
        // 异步执行的逻辑
    }
}

4.自调用和异常处理：

@Service
public class MyService {
    
    @Async
    public void asyncMethod() {
        // 异步执行的逻辑
        throw new RuntimeException("异步方法抛出异常");
    }
    
    public void anotherMethod() {
        asyncMethod(); // 自调用
    }
    
    @ExceptionHandler
    public void handleException(RuntimeException e) {
        // 处理异步方法抛出的异常
        System.out.println("捕获到异步方法的异常：" + e.getMessage());
    }
}

上述示例展示了在不同情况下使用 @Async 注解的用法，包括异步执行方法、接口方法上的异步执行、类级别的异步执行以及自调用和异常处理。这些示例可以根据具体的业务需求进行扩展和调整。

🍁 11. @Async 注解对代码的性能有什么影响？如何评估和优化性能问题？

使用 @Async 注解可以提升应用程序的性能，主要是因为它允许方法在异步线程中执行，减少了对主线程的阻塞。这样可以使主线程更快地返回给调用方，并且在后台执行一些较慢或耗时较高的操作。

要评估和优化使用 @Async 注解引起的性能问题，可以考虑以下几点：

  1. 线程池配置：Spring 默认使用的是一个基于 SimpleAsyncTaskExecutor 的线程池，该线程池没有任何限制。但在实际情况下，可能需要更加精细地配置线程池参数，例如最大线程数、线程池大小等，以充分利用系统资源并避免线程过多的问题。

  2. 异步方法的数量和复杂度：如果异步方法的数量很大或者复杂度较高，可能会导致线程池中的线程过多或线程过度调度，从而影响性能。在这种情况下，可以考虑调整异步方法的数量和复杂度，或者对异步操作进行分批处理，以保持系统的性能和稳定性。

  3. 异步方法的调用方式：避免在同一个类中对 @Async 方法进行自调用，以免造成无限循环调用和堆栈溢出的问题。另外，使用 @Async 注解的方法最好是无状态的，不依赖于类中其他方法的结果或状态，这样可以避免潜在的并发问题和性能下降。

  4. 异步操作的并发控制: 如果异步方法之间存在数据竞争或资源争用的情况，需要合理地管理并发控制。可以使用一些并发控制机制，如Atomic变量、锁、并发集合等，确保线程安全性，并防止产生潜在的性能问题。

  5. 监控和日志：对异步任务的执行情况进行监控和记录，可以帮助发现潜在的性能问题和瓶颈。可以使用 Spring 提供的异步执行的回调机制，或者使用 AOP 切面和日志记录工具，记录异步任务的开始时间、结束时间和执行结果等信息。

  6. 防止内存泄漏：使用 @Async 注解时，需要注意一些潜在的内存泄漏问题，例如线程对象没有正确释放、无限制的任务队列等。这些问题可能导致系统资源的浪费、性能下降和溢出，并且可能对系统的稳定性和可靠性造成负面影响。因此，需要合理地管理异步任务队列和线程池，以防止内存泄漏和资源过度消耗。

  7. 避免异步调用过程中的异常问题：在异步任务的执行过程中，可能会发生一些异常，例如网络故障、系统错误等等。这些异常可能会影响应用程序的稳定性和安全性，并且可能导致数据的丢失或者损坏。因此，需要对异步调用过程中的异常情况进行特殊处理，例如使用 Try-Catch 块结构捕获和处理异常、添加重试机制等等。

总之，使用 @Async 注解可以提高业务逻辑的并发性能和扩展性，并且可以有效地避免因长时间或耗时操作而导致的卡顿或阻塞等问题。但是，在使用 @Async 注解时，需要注意一些潜在的性能和安全问题，例如线程池配置、异步方法的数量和复杂度、异步操作的并发控制、防止内存泄漏等等。只有在全面考虑了这些因素后，才能有效地利用 @Async 注解来提高应用程序的并发性能和扩展性。

🍁 12. 异步任务的取消和中断可以怎么处理？

在异步任务中，如果用户或程序需要取消或中断正在执行的任务，可能会产生一些问题。为了解决这些问题，可以采取以下措施：

当涉及到异步任务的取消和中断时，以下是一些示例情况的说明：

1.设置任务的取消状态：

  • 假设在一个文件上传的异步任务中，你可以设置一个标志位 isCancelled，默认值为 false。当用户触发取消操作时，修改 isCancelled 的值为 true。在异步任务的执行逻辑中，通过定期检查 isCancelled 的状态，如果发现它变为 true，则中断任务的执行，并进行相应的清理工作，如删除未完成的文件部分。

2.采用超时机制：

  • 假设你有一个网络请求的异步任务，在启动任务时设置一个超时时间为10秒。在任务执行过程中，如果超过了设定的超时时间，可以中断任务的执行，并返回相应的超时错误。这样可以避免任务长时间占用资源并提供灵活的控制。

3.使用 Java 线程机制实现任务的取消和中断：

  • 假设你有一个数据处理的异步任务，其中有多个子任务并行执行。当用户触发任务取消时，你可以调用每个子任务的 interrupt() 方法来终止它们的执行。在子任务的代码中，通过检查线程的中断状态（使用 isInterrupted() 或 Thread.currentThread().isInterrupted()），来判断是否终止任务的执行。

4.避免长时间运行的任务：

  • 假设你有一个数据处理的异步任务，其中一个子任务需要读取大量的文件或执行复杂的计算。为了避免任务耗时过长，你可以对该子任务进行分段处理，每次读取文件或执行计算的一小部分，然后在处理完之后挂起任务，等待下一次继续处理。这样可以保证任务在合理的时间内完成，同时不会对系统资源造成过大的负担。

5.监控任务执行的情况：

  • 假设你有一个异步任务管理器，用来管理多个异步任务的执行。你可以在任务执行的过程中，实时监控任务的状态和执行进度，并记录关键的日志信息。如果发现某个任务出现异常、错误或超时，可以及时进行告警和处理，如重试任务、发送通知等，以保证任务的正常执行。

这些示例说明了在不同场景下处理异步任务取消和中断的方法。但请注意，在实际应用中，具体的实现方式会根据业务需求和技术框架的不同而有所差异。因此，在具体应用中，你需要根据自己的情况选择合适的处理方式和方法。

🍁 13. 如何处理异步任务的返回结果？有哪些方式可以获取异步任务的返回结果？

异步任务在运行过程中通常会返回某些结果，如成功或错误状态、数据库查询结果、网络响应数据、或者是计算结果等等。在处理异步任务的返回结果时，需要根据实际场景选择适当的方式。以下是一些常见的处理异步任务返回结果的方式：

以下是一些使用不同方式处理异步任务返回结果的示例：

1.使用 Future 和 CompletableFuture：

  • 假设你有一个异步任务执行网络请求，返回一个 Future 对象。你可以通过调用 Future 的 get() 方法来阻塞主线程并获取结果，如 String result = future.get();。或者，你可以使用 CompletableFuture 来处理任务返回结果并定义回调操作，如 future.thenAccept(result -> System.out.println("异步任务结果：" + result))。

2.使用回调函数：

  • 假设你有一个数据处理的异步任务，你可以定义一个回调函数来处理任务的返回结果。例如，定义一个接口 Callback，其中包含一个方法 void onResult(String result)。然后，在异步任务执行成功后，调用回调函数传递结果，如 callback.onResult(result)。

3.使用阻塞和轮询：

  • 假设你有一个异步任务执行文件上传操作，你可以使用阻塞方式等待任务的返回结果，如 String result = uploadTask.get();。或者，你可以使用轮询机制，在一定时间间隔内重复查询任务状态，并获取结果，如：
    while (!uploadTask.isDone()) {
    Thread.sleep(1000); // 1秒钟轮询一次
}
String result = uploadTask.get();

5.使用 Stream API：

  • 假设你有多个并行的异步任务执行数据库查询操作，你可以将这些异步任务处理成 Stream，再通过调用 Stream 的方法来处理结果。例如，假设你有一个 List<CompletableFuture<String>> tasks，你可以将它转换为一个 Stream，然后通过调用 forEach 或其他操作来处理每个任务的结果，如：
    tasks.stream()
    .map(CompletableFuture::join) // 阻塞并获取任务结果
    .forEach(result -> System.out.println("异步任务结果：" + result));

需要注意的是，以上的方式并不是完全互斥的，可以根据具体场景采用不同方式。但在使用返回结果时，一定要考虑异步任务的执行时间和结果可用性，避免在未完成任务或未返回结果时对结果进行操作。此外，在处理异步任务返回结果方法的选择方面，也要考虑数据的复杂度、任务的数量和执行速度等因素，以便选择一种适合项目和团队的处理方式。

🍁 14. 异步任务的超时如何处理？有哪些方式可以设置和处理超时？

在异步任务执行过程中，由于某些原因，可能会导致任务长时间无法完成或返回结果。为了避免这种情况发生，可以设置异步任务的超时时间，当任务时间超过超时时间时，中断任务，或者使用默认结果或抛出异常等方式来处理。以下是一些常见的处理异步任务超时的方式：

1.使用 CompletableFuture：

  • 在 Java 8 中，可以使用 CompletableFuture 类来设置异步任务的超时时间。例如，使用 CompletableFuture.supplyAsync() 方法提交一个异步任务，然后通过 completeOnTimeout 或 orTimeout 方法设置任务的超时时间。completeOnTimeout 方法可以在任务超时时设置默认返回值或执行指定操作，而 orTimeout 方法则可以直接抛出异常以中断长时间运行任务。例如：
    CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
    // 异步任务方法体
});
// 设置 10 秒超时，并在超时时设置默认返回值
String result = future.completeOnTimeout("default", 10, TimeUnit.SECONDS).join();
// 设置 10 秒超时，并在超时时抛出 TimeoutException 异常
String result = future.orTimeout(10, TimeUnit.SECONDS).join();

2.使用 FutureTask：

  • 在 Java 5 中，可以使用 FutureTask 类来中断异步任务。通过在任务中轮询检查是否超时，并在超时后调用 cancel() 方法中断任务，例如：
    FutureTask<String> futureTask = new FutureTask<>(() -> {
    // 异步任务方法体
});
// 提交异步任务
ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();
executorService.submit(futureTask);
// 设置 5 秒超时
try {
    String result = futureTask.get(5, TimeUnit.SECONDS);
} catch (TimeoutException e) {
    // 超时，中断任务
    futureTask.cancel(true);
}

3.使用 ScheduledExecutorService：

  • 可以使用 ScheduledExecutorService，并在指定时间内轮询检查任务状态，例如：
    ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();
Future<String> future = executor.submit(() -> {
    // 异步任务方法体
});
try {
    String result = null;
    long timeoutMillis = TimeUnit.SECONDS.toMillis(5); // 设置 5 秒超时
    long start = System.currentTimeMillis();
    while (System.currentTimeMillis() - start < timeoutMillis && !future.isDone()) {
        Thread.sleep(100); // 每 100 毫秒轮询一次任务状态
    }
    if (future.isDone()) {
        result = future.get();
    } else {
        future.cancel(true);
        throw new TimeoutException("异步任务超时");
    }
} catch (ExecutionException | InterruptedException | TimeoutException e) {
    // 处理超时异常
}

以上是一些常见的处理异步任务超时的方式。在选择方式时，需要根据实际情况和代码逻辑选择最合适的方式来处理异步任务超时。

🍁 15. 使用 @Async 注解时，如何处理任务的依赖关系和调度顺序？

在使用 Spring 的 @Async 注解时，可以通过设置 Executor 的实现类以控制任务的依赖关系和调度顺序。其中，设置 ThreadPoolTaskExecutor 对象的属性，例如corePoolSize、maxPoolSize、queueCapacity 等，可以控制线程池大小、任务等待队列容量等，从而达到控制任务的依赖关系和调度顺序的目的。

1.配置线程池来控制任务并发度:

  • 通过设置 ThreadPoolTaskExecutor 对象的corePoolSize 和 maxPoolSize 属性来控制线程池大小，从而控制任务并发度。例如可以将 corePoolSize 设置为 5 ，将 maxPoolSize 设置为 20 ，这样就可以同时运行最多 5 个任务，多余的任务将排队等待执行。例如：
    @Configuration
public class AsyncConfig implements AsyncConfigurer {

    @Override
    public ThreadPoolTaskExecutor getAsyncExecutor() {
        ThreadPoolTaskExecutor executor = new ThreadPoolTaskExecutor();
        executor.setCorePoolSize(5);
        executor.setMaxPoolSize(20);
        executor.setQueueCapacity(100);
        executor.initialize();
        return executor;
    }
}

2.控制任务调度顺序：

  • 通过设置 ThreadPoolTaskExecutor 对象的queueCapacity 属性来控制任务等待队列容量，从而控制任务调度顺序。例如，设置 queueCapacity 为 10 ，这样如果正在运行的任务达到线程池 corePoolSize 大小时，其他的任务将被加入等待队列，并等待运行。例如： 

    @Configuration
public class AsyncConfig implements AsyncConfigurer {     
	 @Override
     public ThreadPoolTaskExecutor getAsyncExecutor() {
         ThreadPoolTaskExecutor executor = new ThreadPoolTaskExecutor();
         executor.setCorePoolSize(5);
         executor.setMaxPoolSize(20);
         executor.setQueueCapacity(10);
         executor.initialize();
         return executor;
     }
 }

注意，在使用线程池控制任务调度顺序时，需要特别注意线程池的大小和队列容量的设置，以免出现死锁或阻塞等问题。同时，在处理任务依赖关系时，可以使用 CompletableFuture 或者 Future 作为任务之间的依赖关系来实现复杂任务的调度和控制。

总之，使用 @Async 注解时，需要根据实际场景来选择合适的 Executor 实现，以控制任务的并发度和调度顺序。同时，要充分考虑线程安全、锁机制、任务的顺序等问题，避免出现竞态、死锁等问题。

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文章来源:https://blog.csdn.net/m0_50308467/article/details/135635244
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