Springboot使用异步请求提高系统的吞吐量详解

https://www.jb51.net/program/294997135.htm

前言：

在我们的实际生产中，常常会遇到下面的这种情况，某个请求非常耗时(大约5s返回)，当大量的访问该请求的时候，再请求其他服务时，会造成没有连接使用的情况，造成这种现象的主要原因是，我们的容器(tomcat)中线程的数量是一定的，例如500个，当这500个线程都用来请求服务的时候，再有请求进来，就没有多余的连接可用了，只能拒绝连接。

要是我们在请求耗时服务的时候，能够异步请求(请求到controller中时，则容器线程直接返回，然后使用系统内部的线程来执行耗时的服务，等到服务有返回的时候，再将请求返回给客户端)，那么系统的吞吐量就会得到很大程度的提升了。

当然，大家可以直接使用Hystrix的资源隔离来实现，今天我们的重点是spring mvc是怎么来实现这种异步请求的。

一、使用Callable来实现

controller如下：

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@RestController public class HelloController {     private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(HelloController.class);     @Autowired     private HelloService hello;     @GetMapping("/helloworld")     public String helloWorldController() {         return hello.sayHello();     }     /**      * 异步调用restful      * 当controller返回值是Callable的时候，springmvc就会启动一个线程将Callable交给TaskExecutor去处理      * 然后DispatcherServlet还有所有的spring拦截器都退出主线程，然后把response保持打开的状态      * 当Callable执行结束之后，springmvc就会重新启动分配一个request请求，然后DispatcherServlet就重新      * 调用和处理Callable异步执行的返回结果， 然后返回视图      *      * @return      */     @GetMapping("/hello")     public Callable<String> helloController() {         logger.info(Thread.currentThread().getName() + " 进入helloController方法");         Callable<String> callable = new Callable<String>() {             @Override             public String call() throws Exception {                 logger.info(Thread.currentThread().getName() + " 进入call方法");                 String say = hello.sayHello();                 logger.info(Thread.currentThread().getName() + " 从helloService方法返回");                 return say;             }         };         logger.info(Thread.currentThread().getName() + " 从helloController方法返回");         return callable;     } }

我们首先来看下上面这两个请求的区别

下面这个是没有使用异步请求的结果

2017-12-07 18:05:42.351  INFO 3020 --- [nio-8060-exec-5] c.travelsky.controller.HelloController   : http-nio-8060-exec-5 进入helloWorldController方法
2017-12-07 18:05:42.351  INFO 3020 --- [nio-8060-exec-5] com.travelsky.service.HelloService       : http-nio-8060-exec-5 进入sayHello方法!
2017-12-07 18:05:44.351  INFO 3020 --- [nio-8060-exec-5] c.travelsky.controller.HelloController   : http-nio-8060-exec-5 从helloWorldController方法返回

我们可以看到，请求从头到尾都只有一个线程，并且整个请求耗费了2s钟的时间。

下面，我们再来看下使用Callable异步请求的结果：

2017-12-07 18:11:55.671  INFO 6196 --- [nio-8060-exec-1] c.travelsky.controller.HelloController   : http-nio-8060-exec-1 进入helloController方法
2017-12-07 18:11:55.672  INFO 6196 --- [nio-8060-exec-1] c.travelsky.controller.HelloController   : http-nio-8060-exec-1 从helloController方法返回
2017-12-07 18:11:55.676  INFO 6196 --- [nio-8060-exec-1] c.t.i.MyAsyncHandlerInterceptor          : http-nio-8060-exec-1 进入afterConcurrentHandlingStarted方法
2017-12-07 18:11:55.676  INFO 6196 --- [      MvcAsync1] c.travelsky.controller.HelloController   : MvcAsync1 进入call方法
2017-12-07 18:11:55.676  INFO 6196 --- [      MvcAsync1] com.travelsky.service.HelloService       : MvcAsync1 进入sayHello方法!
2017-12-07 18:11:57.677  INFO 6196 --- [      MvcAsync1] c.travelsky.controller.HelloController   : MvcAsync1 从helloService方法返回
2017-12-07 18:11:57.721  INFO 6196 --- [nio-8060-exec-2] c.t.i.MyAsyncHandlerInterceptor          : http-nio-8060-exec-2服务调用完成，返回结果给客户端

从上面的结果中，我们可以看出，容器的线程http-nio-8060-exec-1这个线程进入controller之后，就立即返回了，具体的服务调用是通过MvcAsync2这个线程来做的，当服务执行完要返回后，容器会再启一个新的线程http-nio-8060-exec-2来将结果返回给客户端或浏览器，整个过程response都是打开的，当有返回的时候，再从server端推到response中去。

1、异步调用的另一种方式

上面的示例是通过callable来实现的异步调用，其实还可以通过WebAsyncTask，也能实现异步调用，下面看示例：

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@RestController public class HelloController {     private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(HelloController.class);     @Autowired     private HelloService hello;         /**      * 带超时时间的异步请求 通过WebAsyncTask自定义客户端超时间      *      * @return      */     @GetMapping("/world")     public WebAsyncTask<String> worldController() {         logger.info(Thread.currentThread().getName() + " 进入helloController方法");         // 3s钟没返回，则认为超时         WebAsyncTask<String> webAsyncTask = new WebAsyncTask<>(3000, new Callable<String>() {             @Override             public String call() throws Exception {                 logger.info(Thread.currentThread().getName() + " 进入call方法");                 String say = hello.sayHello();                 logger.info(Thread.currentThread().getName() + " 从helloService方法返回");                 return say;             }         });         logger.info(Thread.currentThread().getName() + " 从helloController方法返回");         webAsyncTask.onCompletion(new Runnable() {             @Override             public void run() {                 logger.info(Thread.currentThread().getName() + " 执行完毕");             }         });         webAsyncTask.onTimeout(new Callable<String>() {             @Override             public String call() throws Exception {                 logger.info(Thread.currentThread().getName() + " onTimeout");                 // 超时的时候，直接抛异常，让外层统一处理超时异常                 throw new TimeoutException("调用超时");             }         });         return webAsyncTask;     }     /**      * 异步调用，异常处理，详细的处理流程见MyExceptionHandler类      *      * @return      */     @GetMapping("/exception")     public WebAsyncTask<String> exceptionController() {         logger.info(Thread.currentThread().getName() + " 进入helloController方法");         Callable<String> callable = new Callable<String>() {             @Override             public String call() throws Exception {                 logger.info(Thread.currentThread().getName() + " 进入call方法");                 throw new TimeoutException("调用超时!");             }         };         logger.info(Thread.currentThread().getName() + " 从helloController方法返回");         return new WebAsyncTask<>(20000, callable);     } }

运行结果如下：

2017-12-07 19:10:26.582  INFO 6196 --- [nio-8060-exec-4] c.travelsky.controller.HelloController   : http-nio-8060-exec-4 进入helloController方法
2017-12-07 19:10:26.585  INFO 6196 --- [nio-8060-exec-4] c.travelsky.controller.HelloController   : http-nio-8060-exec-4 从helloController方法返回
2017-12-07 19:10:26.589  INFO 6196 --- [nio-8060-exec-4] c.t.i.MyAsyncHandlerInterceptor          : http-nio-8060-exec-4 进入afterConcurrentHandlingStarted方法
2017-12-07 19:10:26.591  INFO 6196 --- [      MvcAsync2] c.travelsky.controller.HelloController   : MvcAsync2 进入call方法
2017-12-07 19:10:26.591  INFO 6196 --- [      MvcAsync2] com.travelsky.service.HelloService       : MvcAsync2 进入sayHello方法!
2017-12-07 19:10:28.591  INFO 6196 --- [      MvcAsync2] c.travelsky.controller.HelloController   : MvcAsync2 从helloService方法返回
2017-12-07 19:10:28.600  INFO 6196 --- [nio-8060-exec-5] c.t.i.MyAsyncHandlerInterceptor          : http-nio-8060-exec-5服务调用完成，返回结果给客户端
2017-12-07 19:10:28.601  INFO 6196 --- [nio-8060-exec-5] c.travelsky.controller.HelloController   : http-nio-8060-exec-5 执行完毕

这种方式和上面的callable方式最大的区别就是，WebAsyncTask支持超时，并且还提供了两个回调函数，分别是onCompletion和onTimeout，顾名思义，这两个回调函数分别在执行完成和超时的时候回调。

2、Deferred方式实现异步调用

在我们是生产中，往往会遇到这样的情景，controller中调用的方法很多都是和第三方有关的，例如JMS，定时任务，队列等，拿JMS来说，比如controller里面的服务需要从JMS中拿到返回值，才能给客户端返回，而从JMS拿值这个过程也是异步的，这个时候，我们就可以通过Deferred来实现整个的异步调用。

首先，我们来模拟一个长时间调用的任务，代码如下：

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@Component public class LongTimeTask {     private final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(this.getClass());     @Async     public void execute(DeferredResult<String> deferred){         logger.info(Thread.currentThread().getName() + "进入 taskService 的 execute方法");         try {             // 模拟长时间任务调用，睡眠2s             TimeUnit.SECONDS.sleep(2);             // 2s后给Deferred发送成功消息，告诉Deferred，我这边已经处理完了，可以返回给客户端了             deferred.setResult("world");         } catch (InterruptedException e) {             e.printStackTrace();         }     } }

接着，我们就来实现异步调用，controller如下：

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@RestController public class AsyncDeferredController {     private final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(this.getClass());     private final LongTimeTask taskService;     @Autowired     public AsyncDeferredController(LongTimeTask taskService) {         this.taskService = taskService;     }     @GetMapping("/deferred")     public DeferredResult<String> executeSlowTask() {         logger.info(Thread.currentThread().getName() + "进入executeSlowTask方法");         DeferredResult<String> deferredResult = new DeferredResult<>();         // 调用长时间执行任务         taskService.execute(deferredResult);         // 当长时间任务中使用deferred.setResult("world");这个方法时，会从长时间任务中返回，继续controller里面的流程         logger.info(Thread.currentThread().getName() + "从executeSlowTask方法返回");         // 超时的回调方法         deferredResult.onTimeout(new Runnable(){             @Override             public void run() {                 logger.info(Thread.currentThread().getName() + " onTimeout");                 // 返回超时信息                 deferredResult.setErrorResult("time out!");             }         });         // 处理完成的回调方法，无论是超时还是处理成功，都会进入这个回调方法         deferredResult.onCompletion(new Runnable(){             @Override             public void run() {                 logger.info(Thread.currentThread().getName() + " onCompletion");             }         });         return deferredResult;     } }

执行结果如下：

2017-12-07 19:25:40.192  INFO 6196 --- [nio-8060-exec-7] c.t.controller.AsyncDeferredController   : http-nio-8060-exec-7进入executeSlowTask方法
2017-12-07 19:25:40.193  INFO 6196 --- [nio-8060-exec-7] .s.a.AnnotationAsyncExecutionInterceptor : No TaskExecutor bean found for async processing
2017-12-07 19:25:40.194  INFO 6196 --- [nio-8060-exec-7] c.t.controller.AsyncDeferredController   : http-nio-8060-exec-7从executeSlowTask方法返回
2017-12-07 19:25:40.198  INFO 6196 --- [nio-8060-exec-7] c.t.i.MyAsyncHandlerInterceptor          : http-nio-8060-exec-7 进入afterConcurrentHandlingStarted方法
2017-12-07 19:25:40.202  INFO 6196 --- [cTaskExecutor-1] com.travelsky.controller.LongTimeTask    : SimpleAsyncTaskExecutor-1进入 taskService 的 execute方法
2017-12-07 19:25:42.212  INFO 6196 --- [nio-8060-exec-8] c.t.i.MyAsyncHandlerInterceptor          : http-nio-8060-exec-8服务调用完成，返回结果给客户端
2017-12-07 19:25:42.213  INFO 6196 --- [nio-8060-exec-8] c.t.controller.AsyncDeferredController   : http-nio-8060-exec-8 onCompletion

从上面的执行结果不难看出，容器线程会立刻返回，应用程序使用线程池里面的cTaskExecutor-1线程来完成长时间任务的调用，当调用完成后，容器又启了一个连接线程，来返回最终的执行结果。

这种异步调用，在容器线程资源非常宝贵的时候，能够大大的提高整个系统的吞吐量。

ps：异步调用可以使用AsyncHandlerInterceptor进行拦截，使用示例如下：

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@Component public class MyAsyncHandlerInterceptor implements AsyncHandlerInterceptor {     private static final Logger logger = LoggerFactory.getLogger(MyAsyncHandlerInterceptor.class);     @Override     public boolean preHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler)             throws Exception {         return true;     }     @Override     public void postHandle(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler,             ModelAndView modelAndView) throws Exception { //      HandlerMethod handlerMethod = (HandlerMethod) handler;         logger.info(Thread.currentThread().getName()+ "服务调用完成，返回结果给客户端");     }     @Override     public void afterCompletion(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler, Exception ex)             throws Exception {         if(null != ex){             System.out.println("发生异常:"+ex.getMessage());         }     }     @Override     public void afterConcurrentHandlingStarted(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response, Object handler)             throws Exception {         // 拦截之后，重新写回数据，将原来的hello world换成如下字符串         String resp = "my name is chhliu!";         response.setContentLength(resp.length());         response.getOutputStream().write(resp.getBytes());         logger.info(Thread.currentThread().getName() + " 进入afterConcurrentHandlingStarted方法");     } }