实战Spring Boot 2.0系列(四) - 使用WebAsyncTask处理异步任务

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# 前言

上文介绍了基于 @Async 注解的 异步调用编程，本文将继续引入 Spring Boot 的 WebAsyncTask 进行更灵活异步任务处理，包括 异步回调，超时处理 和 异常处理。

本系列文章

  1. 实战Spring Boot 2.0系列(一) - 使用Gradle构建Docker镜像
  2. 实战Spring Boot 2.0系列(二) - 全局异常处理和测试
  3. 实战Spring Boot 2.0系列(三) - 使用@Async进行异步调用详解
  4. 实战Spring Boot 2.0系列(四) - 使用WebAsyncTask处理异步任务
  5. 实战Spring Boot 2.0系列(五) - Listener, Servlet, Filter和Interceptor
  6. 实战Spring Boot 2.0系列(六) - 单机定时任务的几种实现

正文

1. 处理线程和异步线程

在开始下面的讲解之前，在这里先区别下两个概念：

  1. 处理线程：处理线程 属于 web 服务器线程，负责 处理用户请求，采用 线程池 管理。

  2. 异步线程：异步线程 属于 用户自定义的线程，可采用 线程池管理。

Spring 提供了对 异步任务 API，采用 WebAsyncTask 类即可实现 异步任务。对异步任务设置相应的 回调处理，如当 任务超时、异常抛出 等。异步任务通常非常实用，比如：当一笔订单支付完成之后，开启异步任务查询订单的支付结果。

2. 环境准备

配置gradle依赖

利用 Spring Initializer 创建一个 gradle 项目 spring-boot-web-async-task，创建时添加相关依赖。得到的初始 build.gradle 如下：

buildscript {
    ext {
        springBootVersion = '2.0.3.RELEASE'
    }
    repositories {
        mavenCentral()
    }
    dependencies {
        classpath("org.springframework.boot:spring-boot-gradle-plugin:${springBootVersion}")
    }
}

apply plugin: 'java'
apply plugin: 'eclipse'
apply plugin: 'org.springframework.boot'
apply plugin: 'io.spring.dependency-management'

group = 'io.ostenant.springboot.sample'
version = '0.0.1-SNAPSHOT'
sourceCompatibility = 1.8

repositories {
    mavenCentral()
}

dependencies {
    compile('org.springframework.boot:spring-boot-starter-web')
    testCompile('org.springframework.boot:spring-boot-starter-test')
}

配置服务类

配置一个用于异步任务调度的 Mock 服务。

@Service
public class WebAsyncService {
    public String generateUUID() {
        return UUID.randomUUID().toString();
    }
}

配置异步处理控制器并注入以上服务 Bean。

@RestController
public class WebAsyncController {
    private final WebAsyncService asyncService;
    private final static String ERROR_MESSAGE = "Task error";
    private final static String TIME_MESSAGE = "Task timeout";

    @Autowired
    public WebAsyncController(WebAsyncService asyncService) {
        this.asyncService = asyncService;
    }
}

3. 正常异步任务

配置一个正常的 WebAsyncTask 任务对象，设置任务 超时时间 为 10s。异步任务执行采用 Thread.sleep(long) 模拟，这里设置 异步线程 睡眠时间为 5s。

@GetMapping("/completion")
public WebAsyncTask<String> asyncTaskCompletion() {
    // 打印处理线程名
    out.println(format("请求处理线程：%s", currentThread().getName()));

    // 模拟开启一个异步任务，超时时间为10s
    WebAsyncTask<String> asyncTask = new WebAsyncTask<>(10 * 1000L, () -> {
        out.println(format("异步工作线程：%s", currentThread().getName()));
        // 任务处理时间5s，不超时
        sleep(5 * 1000L);
        return asyncService.generateUUID();
    });

    // 任务执行完成时调用该方法
    asyncTask.onCompletion(() -> out.println("任务执行完成"));
    out.println("继续处理其他事情");
    return asyncTask;
}

启动 Spring Boot 项目，访问 http://localhost:8080/completion ，发起 正常 的异步任务请求。

观察控制台输出，可以验证 WebAsyncTask 的异步处理流程正常。

请求处理线程：http-nio-8080-exec-2
继续处理其他事情
异步工作线程：MvcAsync1
任务执行完成

Web 页面正常响应，页面响应消息如下：

注意：WebAsyncTask.onCompletion(Runnable) ：在当前任务执行结束以后，无论是执行成功还是异常中止，onCompletion的回调最终都会被调用。

4. 抛出异常异步任务

配置一个 错误 的 WebAsyncTask 任务对象，设置任务 超时时间 为 10s。在异步任务执行方法中 抛出异常。

@GetMapping("/exception")
public WebAsyncTask<String> asyncTaskException() {
    // 打印处理线程名
    out.println(format("请求处理线程：%s", currentThread().getName()));

    // 模拟开启一个异步任务，超时时间为10s
    WebAsyncTask<String> asyncTask = new WebAsyncTask<>(10 * 1000L, () -> {
        out.println(format("异步工作线程：%s", currentThread().getName()));
        // 任务处理时间5s，不超时
        sleep(5 * 1000L);
        throw new Exception(ERROR_MESSAGE);
    });

    // 任务执行完成时调用该方法
    asyncTask.onCompletion(() -> out.println("任务执行完成"));
    asyncTask.onError(() -> {
        out.println("任务执行异常");
        return ERROR_MESSAGE;
    });

    out.println("继续处理其他事情");
    return asyncTask;
}

启动 Spring Boot 项目，访问 http://localhost:8080/exception ，发起 异常 的异步任务请求。

Web 页面响应异常信息如下：

观察控制台输出，可以验证 WebAsyncTask 对于 异常请求 的异步处理过程。

请求处理线程：http-nio-8080-exec-1
继续处理其他事情
异步工作线程：MvcAsync2
2018-06-18 21:12:10.110 ERROR 89875 --- [nio-8080-exec-2] o.a.c.c.C.[.[.[/].[dispatcherServlet]    : Servlet.service() for servlet [dispatcherServlet] threw exception

java.lang.Exception: Task error
	at io.ostenant.springboot.sample.controller.WebAsyncController.lambda$asyncTaskException$2(WebAsyncController.java:55) ~[classes/:na]
	at org.springframework.web.context.request.async.WebAsyncManager.lambda$startCallableProcessing$4(WebAsyncManager.java:317) ~[spring-web-5.0.7.RELEASE.jar:5.0.7.RELEASE]
	at java.util.concurrent.Executors$RunnableAdapter.call(Executors.java:511) ~[na:1.8.0_172]
	at java.util.concurrent.FutureTask.run(FutureTask.java:266) ~[na:1.8.0_172]
	at java.lang.Thread.run(Thread.java:748) [na:1.8.0_172]

2018-06-18 21:12:10.111 ERROR 89875 --- [nio-8080-exec-2] o.a.c.c.C.[.[.[/].[dispatcherServlet]    : Servlet.service() for servlet [dispatcherServlet] in context with path [] threw exception [Request processing failed; nested exception is java.lang.Exception: Task error] with root cause

java.lang.Exception: Task error
	at io.ostenant.springboot.sample.controller.WebAsyncController.lambda$asyncTaskException$2(WebAsyncController.java:55) ~[classes/:na]
	at org.springframework.web.context.request.async.WebAsyncManager.lambda$startCallableProcessing$4(WebAsyncManager.java:317) ~[spring-web-5.0.7.RELEASE.jar:5.0.7.RELEASE]
	at java.util.concurrent.Executors$RunnableAdapter.call(Executors.java:511) ~[na:1.8.0_172]
	at java.util.concurrent.FutureTask.run(FutureTask.java:266) ~[na:1.8.0_172]
	at java.lang.Thread.run(Thread.java:748) [na:1.8.0_172]

任务执行异常
2018-06-18 21:12:10.144  WARN 89875 --- [nio-8080-exec-2] o.apache.catalina.core.AsyncContextImpl  : onError() failed for listener of type [org.apache.catalina.core.AsyncListenerWrapper]

java.lang.IllegalArgumentException: Cannot dispatch without an AsyncContext
	at org.springframework.util.Assert.notNull(Assert.java:193) ~[spring-core-5.0.7.RELEASE.jar:5.0.7.RELEASE]
	at org.springframework.web.context.request.async.StandardServletAsyncWebRequest.dispatch(StandardServletAsyncWebRequest.java:131) ~[spring-web-5.0.7.RELEASE.jar:5.0.7.RELEASE]
	at org.springframework.web.context.request.async.WebAsyncManager.setConcurrentResultAndDispatch(WebAsyncManager.java:353) ~[spring-web-5.0.7.RELEASE.jar:5.0.7.RELEASE]
	at org.springframework.web.context.request.async.WebAsyncManager.lambda$startCallableProcessing$2(WebAsyncManager.java:304) ~[spring-web-5.0.7.RELEASE.jar:5.0.7.RELEASE]
	at org.springframework.web.context.request.async.StandardServletAsyncWebRequest.lambda$onError$0(StandardServletAsyncWebRequest.java:146) ~[spring-web-5.0.7.RELEASE.jar:5.0.7.RELEASE]
	at java.util.ArrayList.forEach(ArrayList.java:1257) ~[na:1.8.0_172]
	at org.springframework.web.context.request.async.StandardServletAsyncWebRequest.onError(StandardServletAsyncWebRequest.java:146) ~[spring-web-5.0.7.RELEASE.jar:5.0.7.RELEASE]
	at org.apache.catalina.core.AsyncListenerWrapper.fireOnError(AsyncListenerWrapper.java:49) ~[tomcat-embed-core-8.5.31.jar:8.5.31]
	at org.apache.catalina.core.AsyncContextImpl.setErrorState(AsyncContextImpl.java:397) ~[tomcat-embed-core-8.5.31.jar:8.5.31]
	at org.apache.catalina.connector.CoyoteAdapter.asyncDispatch(CoyoteAdapter.java:239) [tomcat-embed-core-8.5.31.jar:8.5.31]
	at org.apache.coyote.AbstractProcessor.dispatch(AbstractProcessor.java:232) [tomcat-embed-core-8.5.31.jar:8.5.31]
	at org.apache.coyote.AbstractProcessorLight.process(AbstractProcessorLight.java:53) [tomcat-embed-core-8.5.31.jar:8.5.31]
	at org.apache.coyote.AbstractProtocol$ConnectionHandler.process(AbstractProtocol.java:790) [tomcat-embed-core-8.5.31.jar:8.5.31]
	at org.apache.tomcat.util.net.NioEndpoint$SocketProcessor.doRun(NioEndpoint.java:1468) [tomcat-embed-core-8.5.31.jar:8.5.31]
	at org.apache.tomcat.util.net.SocketProcessorBase.run(SocketProcessorBase.java:49) [tomcat-embed-core-8.5.31.jar:8.5.31]
	at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:1149) [na:1.8.0_172]
	at java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:624) [na:1.8.0_172]
	at org.apache.tomcat.util.threads.TaskThread$WrappingRunnable.run(TaskThread.java:61) [tomcat-embed-core-8.5.31.jar:8.5.31]
	at java.lang.Thread.run(Thread.java:748) [na:1.8.0_172]

任务执行完成

注意：WebAsyncTask.onError(Callable<?>) ：当异步任务抛出异常的时候，onError()方法即会被调用。

5. 超时异步任务

配置一个正常的 WebAsyncTask 任务对象，设置任务 超时时间 为 10s。异步任务执行采用 Thread.sleep(long) 模拟，这里设置 异步线程 睡眠时间为 15s，引发异步任务超时。

@GetMapping("/timeout")
public WebAsyncTask<String> asyncTaskTimeout() {
    // 打印处理线程名
    out.println(format("请求处理线程：%s", currentThread().getName()));

    // 模拟开启一个异步任务，超时时间为10s
    WebAsyncTask<String> asyncTask = new WebAsyncTask<>(10 * 1000L, () -> {
        out.println(format("异步工作线程：%s", currentThread().getName()));
        // 任务处理时间5s，不超时
        sleep(15 * 1000L);
        return TIME_MESSAGE;
    });

    // 任务执行完成时调用该方法
    asyncTask.onCompletion(() -> out.println("任务执行完成"));
    asyncTask.onTimeout(() -> {
        out.println("任务执行超时");
        return TIME_MESSAGE;
    });

    out.println("继续处理其他事情");
    return asyncTask;
}

启动 Spring Boot 项目，访问 http://localhost:8080/timeout ，发起 超时 的异步任务请求。

观察控制台输出，可以验证 WebAsyncTask 的异步超时处理的过程。

请求处理线程：http-nio-8080-exec-1
继续处理其他事情
异步工作线程：MvcAsync3
任务执行超时
任务执行完成

Web 页面常响应超时提示信息，页面响应消息如下：

注意：WebAsyncTask.onTimeout(Callable<?>) ：当异步任务发生超时的时候，onTimeout()方法即会被调用。

6. 线程池异步任务

上面的三种情况中的 异步任务 默认不是采用 线程池机制 进行管理的。

也就是说，一个请求进来，虽然释放了处理线程，但是系统依旧会为每个请求创建一个 异步任务线程，也就是上面看到的 MvcAsync 开头的 异步任务线程。

后果就是开销严重，所以通常采用 线程池 进行统一的管理，直接在 WebAsyncTask 类构造器传入一个 ThreadPoolTaskExecutor 对象实例即可。

构造一个线程池 Bean 对象：

@Configuration
public class TaskConfiguration {
    @Bean("taskExecutor")
    public ThreadPoolTaskExecutor taskExecutor() {
        ThreadPoolTaskExecutor taskExecutor = new ThreadPoolTaskExecutor();
        taskExecutor.setCorePoolSize(5);
        taskExecutor.setMaxPoolSize(10);
        taskExecutor.setQueueCapacity(10);
        taskExecutor.setThreadNamePrefix("asyncTask");
        return taskExecutor;
    }
}

在控制器中注入 ThreadPoolTaskExecutor 对象，重新配置基于 线程池 的 异步任务处理。

@Autowired
@Qualifier("taskExecutor")
private ThreadPoolTaskExecutor executor;

@GetMapping("/threadPool")
public WebAsyncTask<String> asyncTaskThreadPool() {
    return new WebAsyncTask<>(10 * 1000L, executor,
            () -> {
                out.println(format("异步工作线程：%s", currentThread().getName()));
                return asyncService.generateUUID();
            });
}

并发地请求 http://localhost:8080/threadPool ，观察控制台输出的 异步线程 信息，可以发现 异步任务 直接从 线程池 中获取 异步线程。

异步工作线程：asyncTask1
异步工作线程：asyncTask2
异步工作线程：asyncTask3
异步工作线程：asyncTask4
异步工作线程：asyncTask5
异步工作线程：asyncTask1
异步工作线程：asyncTask2
异步工作线程：asyncTask3
异步工作线程：asyncTask4
异步工作线程：asyncTask5

小结

本文介绍了 Spring Boot 提供的 WebAsyncTask 的异步编程 API。相比上问介绍的 @Async 注解，WebAsyncTask 提供更加健全的 超时处理 和 异常处理 支持。

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