Spring Boot异步线程池及异步编程

线程池中的两个概念：线程和任务，任务是需要线程去执行的。

这里写一个支付相关的异步线程池的栗子：

1、在 application.properties中添加线程池的配置参数：

# 支付相关的配置
pay.threadNamePrefix=pay-exec-
pay.maxPoolSize=20
pay.corePoolSize=10
pay.queueCapacity=1000

2、基于注解进行参数的配置

在 config包下，创建 PayThreadPoolConfig.java配置类：

/**
 *  配置支付线程池
 */
@EnableAsync
@Configuration
public class PayThreadPoolsConfig {
    /**
     * 支付线程相关参数
     */
    @Value("${pay.threadNamePrefix}")
    private String threadNamePrefix;    // 配置线程池中的线程名称前缀

    @Value("${pay.corePoolSize}")
    private Integer corePoolSize;       // 配置线程池中的核心线程数

    @Value("${pay.maxPoolSize}")
    private Integer maxPoolSize;        // 配置最大线程数

    @Value("${pay.queueCapacity}")
    private Integer queueCapacity;      // 配置队列大小

    /**
     * 支付线程池配置
     * @return
     */
    @Bean
    public AsyncTaskExecutor paymentTaskExexutor() {
        ThreadPoolTaskExecutor executor = new ThreadPoolTaskExecutor();
        executor.setThreadNamePrefix(threadNamePrefix);
        executor.setCorePoolSize(corePoolSize);
        executor.setMaxPoolSize(maxPoolSize);
        executor.setQueueCapacity(queueCapacity);
        // 设
        executor.setRejectedExecutionHandler(new RejectedExecutionHandler() {
            @Override
            public void rejectedExecution(Runnable r, ThreadPoolExecutor executor) {
                // TODO
            }
        });
        return executor;
    }
}

分析：

问题1：上述的核心线程数corePoolSize、最大线程数maxPoolSize以及队列大小queueCapacity，该如何设置？

corePoolSize：核心线程数。

1）核心线程会一直存活，即使没有任务需要执行。

2）当线程数小于核心线程时，即使有线程空闲，线程池也会优先创建新线程处理。

3）设置allowCoreThreadTimeOut=true(默认为false)时，核心线程会超时关闭。

4）当所有核心线程都忙碌时，此时如果系统需要新的线程执行别的任务，线程池不会创建新的线程，而是把任务放入任务队列（与queueCapacity相关）

queueCapacity：任务队列的容量（阻塞队列）

1）当核心线程数达到最大时，新任务会放在队列中等待执行

queueCapacity：最大线程数

1） 当线程数>=corePoolSize，且任务队列已满时。 线程池会创建新线程来处理任务。（ 创建新线程的时机）

2）当线程数=maxPoolSize，且任务队列已满时，线程池会拒绝处理任务而抛出异常

keepAliveTime：线程空闲时间

1）当线程空闲时间达到keepAliveTime时，线程会退出，直到线程数量=corePoolSize

2）如果allowCoreThreadTimeOut=true，则会直到线程数量=0

allowCoreThreadTime：允许核心线程超时

首先看下源码的缺省配置：

线程数的配置应该和业务的繁忙程度以及当前CPU的核数有关进行最合理的设置。

上述中缺省的corePoolSize是1，如果因此，如果异步要开启多个线程需要配置多个。

问题2：拒绝策略executor.setRejectedExecutionHandler中的对象该如何设置？

setRejectedExecutionHandler设置当线程池的数量达到maxPoolSize，如何处理任务。

通常看到的代码是设置为：

executor.setRejectedExecutionHandler( new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());

上述new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy()表示当线程池中线程的数量达到maxPoolSize时，不在新线程中执行任务，而是有调用者所在的线程来执行。

rejectedExecutionExecutionHandler：任务拒绝处理器

两种情况下会拒绝处理任务：

1）当线程数已经达到maxPoolSize，且队列已满，会拒绝新任务

2）当线程池被调用shutdown()后，会等待线程池里的任务执行完毕，再shutdown。如果在调用shutdown()和线程池真正shutdown()之间提交任务，会拒绝新任务

线程池会调用rejectedExecutionHandler来处理这个任务。 如果没有设置默认为AborPolicy，会抛出异常。

ThreadPoolExecutor类有几个内部类来处理这类情况：

1）AbortPolicy 丢弃任务，抛运行时异常（缺省）

2）CallerRunsPolicy 执行任务( 只用调用者所在线程运行任务)

3）DiscardPolicy 忽视，什么都不会发生

4）DiscardOldestPolicy 从队列中踢出最先进入队列（最后一个执行的）任务

5）实现RejectedExecutionHandler接口，可自定义处理器

ThreadPoolExecutor执行顺序

线程池按以下行为执行任务

1）当线程数小于核心线程数时，创建线程

2）当线程数大于核心线程数，且任务队列未满时，将任务放入任务队列

3）当线程数大于等于核心线程数，且任务队列已满

1、若线程数小于最大线程数，创建线程

2、若线程数大于最大线程数，抛出异常，拒绝任务

如何设置参数

1、默认值

corePoolSize=1

queueCapacity=Integer.MAX_VALUE

maxPoolSize=Integer.MAX_VALUE

keepAliveTime=60s

allowCoreThreadTimeOut=false

rejectedExecutionHandler=AbortPolicy()

2、如何来设置

需要根据几个值来设置

1）tasks：每秒的任务数，假设为500~1000

2）taskcost：每个任务花费时间，假设为0.1s

3）responsetime：系统允许容忍的最大响应时间，假设为1s

根据上述的变量进行计算

1） 计算corePoolSize

每秒需要多少个线程处理（corePoolSize）？

方法一：threadCout=tasks/(1/taskcost)=tasks*taskscount=(500~1000)*0.1=50~100个线程。corePoolSize设置应该大于50

方法二：根据8020原则，如果80%的每秒任务数小于800，那么corePoolSize设置为80即可

2）计算queueCapacity

1.计算可得queueCapacity=80/0.1*1=80。意思是队列里的线程可以等待1s,超过了的需要新开线程来处理。

2. 切记不能设置为Integer.MAX_VALUE，这样队列会很大，线程数只会保持在corePoolSize大小，当任务徒增时，不能新开线程来执行，响应时间会随之陡增。

3）计算maxPoolSize

maxPoolSize=(max(tasks)-queueCapacity)/(1/taskcst)=（10000-80）/10=92

即：（最大任务数-队列容量）/每个线程每秒处理能力=最大线程数

4）rejectedExecutionHandler

根据具体情况来决定，任务不重要可丢弃， 任务重要则要利用缓冲机制来处理

5）keepAliveTime和allowCoreThreadTimeOut采用默认通常能满足

以上都是理性值，实际情况要根据机器性能来决定。如果在未达到最大线程数的情况机器cpu load已经满了，则需要通过升级硬件和优化代码来降低taskcost。

3、在 async包下，创建一个 PayAsyncService.java异步服务类：

/**
 * 支付 异步服务类
 */
@Service
@Slf4j
public class PayAsyncService {

    /**
     * 无参数回调
     */
    @Async(value = "paymentTaskExexutor")
    public void asyncNoReturn() {
        log.info("async no return");
    }

    /**
     * 带参数的异步回调 异步方法可以传入参数
     * @param arg
     */
    @Async(value = "paymentTaskExexutor")
    public void asyncInvokeWithParam1(CountDownLatch countDownLatch, String arg) {
        log.info("async1 invoke with param is :{}", arg);
        countDownLatch.countDown();
    }

    @Async(value = "paymentTaskExexutor")
    public void asyncInvokeWithParam2(CountDownLatch countDownLatch, String arg) {
        log.info("async2 invoke with param is :{}", arg);
        countDownLatch.countDown();
    }

    /**
     * 异步回调返回future
     * @param arg
     * @return
     */
    @Async(value = "paymentTaskExexutor")
    public Future<String> asyncInvokeReturnFuture(String arg) {
        log.info("async invoke return future success");
        for (int i=0; i<10; i++) {
            log.info("{} output i:{}", arg, i);
            try {
                Thread.sleep(100);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        Future<String> future = new AsyncResult<>(arg + " success!");
        return future;
    }

    @Async(value = "paymentTaskExexutor")
    public Future<String> asyncInvokeReturnFuture2(String arg) {
        log.info("async invoke return future failed");
        for (int i=0; i<10; i++) {
            log.info("{} output i:{}",  arg, i);
            try {
                Thread.sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        Future<String> future = new AsyncResult<>(arg + "failed!");
        return future;
    }
}

4、这里通过Contorlle层的代码进行测试：

@RestController
@Slf4j
public class ExampleController {

    @Autowired
    private PayAsyncService payAsyncService;

    @RequestMapping(value = "/test")
    public String getTest() throws InterruptedException {
        payAsyncService.asyncNoReturn();
        log.info("get test");
        return "hello3";
    }

    @RequestMapping(value = "/test2")
    public String getTest2() {
        final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(2);
        payAsyncService.asyncInvokeWithParam1(countDownLatch,"timchen");
        payAsyncService.asyncInvokeWithParam2(countDownLatch,"timchen");
        log.info("get test2");
        return "test2";
    }

    @RequestMapping(value = "/test3")
    public String getTest3() throws InterruptedException, ExecutionException {
        Future<String> future1 = payAsyncService.asyncInvokeReturnFuture( "timchen");
        Future<String> future2 = payAsyncService.asyncInvokeReturnFuture2("xixi");
        while (!future1.isDone() || !future2.isDone()) {
//            log.info("futre1 is:{}, futre2 is：{}", future1.isDone(), future2.isDone());
        }
        if (future1.isDone() && future1.isDone()) {
            log.info("future1 return result is:{}, future2 return result is:{}.", future1.get(), future2.get());
        }
        log.info("get test3");
        return "test3";
    }
}