Spring中异步注解@Async的使用、原理及使用时可能导致的问题及解决方法

前言

其实最近都在研究事务相关的内容,之所以写这么一篇文章是因为前面写了一篇关于循环依赖的文章:

《Spring循环依赖的解决办法,你真的懂了吗》

然后,很多同学碰到了下面这个问题,添加了Spring提供的一个异步注解@Async循环依赖无法被解决了,下面是一些读者的留言跟群里同学碰到的问题:

本着讲一个知识点就要讲明白、讲透彻的原则,我决定单独写一篇这样的文章对@Async这个注解做一下详细的介绍,这个注解带来的问题远远不止循环依赖这么简单,如果对它不够熟悉的话建议慎用。

文章要点

@Async的基本使用

这个注解的作用在于可以让被标注的方法异步执行,但是有两个前提条件

配置类上添加@EnableAsync注解需要异步执行的方法的所在类由Spring管理需要异步执行的方法上添加了@Async注解

我们通过一个Demo体会下这个注解的作用吧

第一步,配置类上开启异步:

@EnableAsync
@Configuration
@ComponentScan("com.dmz.spring.async")
public class Config {

}

第二步,

[code]@Component // 这个类本身要被Spring管理public class DmzAsyncService { @Async // 添加注解表示这

@Component // 这个类本身要被Spring管理
public class DmzAsyncService {

	@Async // 添加注解表示这个方法要异步执行
	public void testAsync(){
		try {
			TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		System.out.println("testAsync invoked");
	}
}

第三步,测试异步执行

public class Main {
	public static void main(String[] args) {
		AnnotationConfigApplicationContext ac = new AnnotationConfigApplicationContext(Config.class);
		DmzAsyncService bean = ac.getBean(DmzAsyncService.class);
		bean.testAsync();
		System.out.println("main函数执行完成");
	}
}
// 程序执行结果如下:
// main函数执行完成
// testAsync invoked

通过上面的例子我们可以发现,DmzAsyncService中的testAsync方法是异步执行的,那么这背后的原理是什么呢?我们接着分析

原理分析

我们在分析某一个技术的时候,最重要的事情是,一定一定要找到代码的入口,像Spring这种都很明显,入口必定是在@EnableAsync这个注解上面,我们来看看这个注解干了啥事(本文基于5.2.x版本)

@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
// 这里是重点,导入了一个ImportSelector
@Import(AsyncConfigurationSelector.class)
public @interface EnableAsync {

 // 这个配置可以让程序员配置需要被检查的注解,默认情况下检查的就是@Async注解
	Class<? extends Annotation> annotation() default Annotation.class;

 // 默认使用jdk代理
	boolean proxyTargetClass() default false;

 // 默认使用Spring AOP
	AdviceMode mode() default AdviceMode.PROXY;

 // 在后续分析我们会发现,这个注解实际往容器中添加了一个
 // AsyncAnnotationBeanPostProcessor,这个后置处理器实现了Ordered接口
 // 这个配置主要代表了AsyncAnnotationBeanPostProcessor执行的顺序
	int order() default Ordered.LOWEST_PRECEDENCE;
}

上面这个注解做的最重要的事情就是导入了一个AsyncConfigurationSelector,这个类的源码如下:

public class AsyncConfigurationSelector extends AdviceModeImportSelector<EnableAsync> {

	private static final String ASYNC_EXECUTION_ASPECT_CONFIGURATION_CLASS_NAME =
			"org.springframework.scheduling.aspectj.AspectJAsyncConfiguration";

	@Override
	@Nullable
	public String[] selectImports(AdviceMode adviceMode) {
		switch (adviceMode) {
 // 默认会使用SpringAOP进行代理
			case PROXY:
				return new String[] {ProxyAsyncConfiguration.class.getName()};
			case ASPECTJ:
				return new String[] {ASYNC_EXECUTION_ASPECT_CONFIGURATION_CLASS_NAME};
			default:
				return null;
		}
	}

}

这个类的作用是像容器中注册了一个ProxyAsyncConfiguration,这个类的继承关系如下:

我们先看下它的父类AbstractAsyncConfiguration,其源码如下:

@Configuration
public abstract class AbstractAsyncConfiguration implements ImportAware {

	@Nullable
	protected AnnotationAttributes enableAsync;

	@Nullable
	protected Supplier<Executor> executor;

	@Nullable
	protected Supplier<AsyncUncaughtExceptionHandler> exceptionHandler;

 // 这里主要就是检查将其导入的类上是否有EnableAsync注解
 // 如果没有的话就报错
	@Override
	public void setImportMetadata(AnnotationMetadata importMetadata) {
		this.enableAsync = AnnotationAttributes.fromMap(
				importMetadata.getAnnotationAttributes(EnableAsync.class.getName(), false));
		if (this.enableAsync == null) {
			throw new IllegalArgumentException(
					"@EnableAsync is not present on importing class " + importMetadata.getClassName());
		}
	}

 // 将容器中配置的AsyncConfigurer注入
 // 异步执行嘛,所以我们可以配置使用的线程池
 // 另外也可以配置异常处理器
	@Autowired(required = false)
	void setConfigurers(Collection<AsyncConfigurer> configurers) {
		if (CollectionUtils.isEmpty(configurers)) {
			return;
		}
		if (configurers.size() > 1) {
			throw new IllegalStateException("Only one AsyncConfigurer may exist");
		}
		AsyncConfigurer configurer = configurers.iterator().next();
		this.executor = configurer::getAsyncExecutor;
		this.exceptionHandler = configurer::getAsyncUncaughtExceptionHandler;
	}

}

再来看看ProxyAsyncConfiguration这个类的源码

@Configuration
@Role(BeanDefinition.ROLE_INFRASTRUCTURE)
public class ProxyAsyncConfiguration extends AbstractAsyncConfiguration {

	@Bean(name = TaskManagementConfigUtils.ASYNC_ANNOTATION_PROCESSOR_BEAN_NAME)
	@Role(BeanDefinition.ROLE_INFRASTRUCTURE)
	public AsyncAnnotationBeanPostProcessor asyncAdvisor() {
		AsyncAnnotationBeanPostProcessor bpp = new AsyncAnnotationBeanPostProcessor();
 // 将通过AsyncConfigurer配置好的线程池跟异常处理器设置到这个后置处理器中
 bpp.configure(this.executor, this.exceptionHandler);
		Class<? extends Annotation> customAsyncAnnotation = this.enableAsync.getClass("annotation");
		if (customAsyncAnnotation != AnnotationUtils.getDefaultValue(EnableAsync.class, "annotation")) {
			bpp.setAsyncAnnotationType(customAsyncAnnotation);
		}
		bpp.setProxyTargetClass(this.enableAsync.getBoolean("proxyTargetClass"));
		bpp.setOrder(this.enableAsync.<Integer>getNumber("order"));
		return bpp;
	}

}

这个类本身是一个配置类,它的作用是向容器中添加一个AsyncAnnotationBeanPostProcessor。到这一步我们基本上就可以明白了,@Async注解的就是通过AsyncAnnotationBeanPostProcessor这个后置处理器生成一个代理对象来实现异步的,接下来我们就具体看看AsyncAnnotationBeanPostProcessor是如何生成代理对象的,我们主要关注一下几点即可:

  • 是在生命周期的哪一步完成的代理?
  • 切点的逻辑是怎么样的?它会对什么样的类进行拦截?
  • 通知的逻辑是怎么样的?是如何实现异步的?

基于上面几个问题,我们进行逐一分析

是在生命周期的哪一步完成的代理?

我们抓住重点,AsyncAnnotationBeanPostProcessor是一个后置处理器器,按照我们对Spring的了解,大概率是在这个后置处理器的postProcessAfterInitialization方法中完成了代理,直接定位到这个方法,这个方法位于父类AbstractAdvisingBeanPostProcessor中,具体代码如下:

public Object postProcessAfterInitialization(Object bean, String beanName) {
 // 没有通知,或者是AOP的基础设施类,那么不进行代理
 if (this.advisor == null || bean instanceof AopInfrastructureBean) {
 return bean;
 }

 // 对已经被代理的类,不再生成代理,只是将通知添加到代理类的逻辑中
 // 这里通过beforeExistingAdvisors决定是将通知添加到所有通知之前还是添加到所有通知之后
 // 在使用@Async注解的时候,beforeExistingAdvisors被设置成了true
 // 意味着整个方法及其拦截逻辑都会异步执行
 if (bean instanceof Advised) {
 Advised advised = (Advised) bean;
 if (!advised.isFrozen() && isEligible(AopUtils.getTargetClass(bean))) {
 if (this.beforeExistingAdvisors) {
 advised.addAdvisor(0, this.advisor);
 }
 else {
 advised.addAdvisor(this.advisor);
 }
 return bean;
 }
 }

 // 判断需要对哪些Bean进行来代理
 if (isEligible(bean, beanName)) {
 ProxyFactory proxyFactory = prepareProxyFactory(bean, beanName);
 if (!proxyFactory.isProxyTargetClass()) {
 evaluateProxyInterfaces(bean.getClass(), proxyFactory);
 }
 proxyFactory.addAdvisor(this.advisor);
 customizeProxyFactory(proxyFactory);
 return proxyFactory.getProxy(getProxyClassLoader());
 }
 return bean;
}

果不其然,确实是在这个方法中完成的代理。接着我们就要思考,切点的过滤规则是什么呢?

切点的逻辑是怎么样的?

其实也不难猜到肯定就是类上添加了@Async注解或者类中含有被@Async注解修饰的方法。基于此,我们看看这个isEligible这个方法的实现逻辑,这个方位位于AbstractBeanFactoryAwareAdvisingPostProcessor中,也是AsyncAnnotationBeanPostProcessor的父类,对应代码如下:

// AbstractBeanFactoryAwareAdvisingPostProcessor的isEligible方法
// 调用了父类
protected boolean isEligible(Object bean, String beanName) {
 return (!AutoProxyUtils.isOriginalInstance(beanName, bean.getClass()) &&
 super.isEligible(bean, beanName));
}

protected boolean isEligible(Object bean, String beanName) {
 return isEligible(bean.getClass());
}

protected boolean isEligible(Class<?> targetClass) {
 Boolean eligible = this.eligibleBeans.get(targetClass);
 if (eligible != null) {
 return eligible;
 }
 if (this.advisor == null) {
 return false;
 }
 // 这里完成的判断
 eligible = AopUtils.canApply(this.advisor, targetClass);
 this.eligibleBeans.put(targetClass, eligible);
 return eligible;
}

实际上最后就是根据advisor来确定是否要进行代理,在Spring中基于xml的AOP的详细步骤这篇文章中我们提到过,advisor实际就是一个绑定了切点的通知,那么AsyncAnnotationBeanPostProcessor这个advisor是什么时候被初始化的呢?我们直接定位到AsyncAnnotationBeanPostProcessorsetBeanFactory方法,其源码如下:

public void setBeanFactory(BeanFactory beanFactory) {
 super.setBeanFactory(beanFactory);

 // 在这里new了一个AsyncAnnotationAdvisor
 AsyncAnnotationAdvisor advisor = new AsyncAnnotationAdvisor(this.executor, this.exceptionHandler);
 if (this.asyncAnnotationType != null) {
 advisor.setAsyncAnnotationType(this.asyncAnnotationType);
 }
 advisor.setBeanFactory(beanFactory);
 // 完成了初始化
 this.advisor = advisor;
}

我们来看看AsyncAnnotationAdvisor中的切点匹配规程是怎么样的,直接定位到这个类的buildPointcut方法中,其源码如下:

protected Pointcut buildPointcut(Set<Class<? extends Annotation>> asyncAnnotationTypes) {
 ComposablePointcut result = null;
 for (Class<? extends Annotation> asyncAnnotationType : asyncAnnotationTypes) {
 // 就是根据这两个匹配器进行匹配的
 Pointcut cpc = new AnnotationMatchingPointcut(asyncAnnotationType, true);
 Pointcut mpc = new AnnotationMatchingPointcut(null, asyncAnnotationType, true);
 if (result == null) {
 result = new ComposablePointcut(cpc);
 }
 else {
 result.union(cpc);
 }
 result = result.union(mpc);
 }
 return (result != null ? result : Pointcut.TRUE);
}

代码很简单,就是根据cpc跟mpc两个匹配器来进行匹配的,第一个是检查类上是否有@Async注解,第二个是检查方法是是否有@Async注解。

那么,到现在为止,我们已经知道了它在何时创建代理,会为什么对象创建代理,最后我们还需要解决一个问题,代理的逻辑是怎么样的,异步到底是如何实现的?

通知的逻辑是怎么样的?是如何实现异步的?

前面也提到了advisor是一个绑定了切点的通知,前面分析了它的切点,那么现在我们就来看看它的通知逻辑,直接定位到AsyncAnnotationAdvisor中的buildAdvice方法,源码如下:

protected Advice buildAdvice(
 @Nullable Supplier<Executor> executor, @Nullable Supplier<AsyncUncaughtExceptionHandler> exceptionHandler) {

 AnnotationAsyncExecutionInterceptor interceptor = new AnnotationAsyncExecutionInterceptor(null);
 interceptor.configure(executor, exceptionHandler);
 return interceptor;
}

简单吧,加了一个拦截器而已,对于interceptor类型的对象,我们关注它的核心方法invoke就行了,代码如下:

public Object invoke(final MethodInvocation invocation) throws Throwable {
 Class<?> targetClass = (invocation.getThis() != null ? AopUtils.getTargetClass(invocation.getThis()) : null);
 Method specificMethod = ClassUtils.getMostSpecificMethod(invocation.getMethod(), targetClass);
 final Method userDeclaredMethod = BridgeMethodResolver.findBridgedMethod(specificMethod);

 // 异步执行嘛,先获取到一个线程池
 AsyncTaskExecutor executor = determineAsyncExecutor(userDeclaredMethod);
 if (executor == null) {
 throw new IllegalStateException(
 "No executor specified and no default executor set on AsyncExecutionInterceptor either");
 }

 // 然后将这个方法封装成一个 Callable对象传入到线程池中执行
 Callable<Object> task = () -> {
 try {
 Object result = invocation.proceed();
 if (result instanceof Future) {
 return ((Future<?>) result).get();
 }
 }
 catch (ExecutionException ex) {
 handleError(ex.getCause(), userDeclaredMethod, invocation.getArguments());
 }
 catch (Throwable ex) {
 handleError(ex, userDeclaredMethod, invocation.getArguments());
 }
 return null;
 };
	// 将任务提交到线程池
 return doSubmit(task, executor, invocation.getMethod().getReturnType());
}

导致的问题及解决方案

问题1:循环依赖报错

就像在这张图里这个读者问的问题,

分为两点回答:

第一:循环依赖为什么不能被解决?

这个问题其实很简单,在《讲一讲Spring中的循环依赖》这篇文章中我从两个方面分析了循环依赖的处理流程

简单对象间的循环依赖处理AOP对象间的循环依赖处理

按照这种思路,@Async注解导致的循环依赖应该属于AOP对象间的循环依赖,也应该能被处理。但是,重点来了,解决AOP对象间循环依赖的核心方法是三级缓存,如下:

在三级缓存缓存了一个工厂对象,这个工厂对象会调用getEarlyBeanReference方法来获取一个早期的代理对象的引用,其源码如下:

protected Object getEarlyBeanReference(String beanName, RootBeanDefinition mbd, Object bean) {
 Object exposedObject = bean;
 if (!mbd.isSynthetic() && hasInstantiationAwareBeanPostProcessors()) {
 for (BeanPostProcessor bp : getBeanPostProcessors()) {
 // 看到这个判断了吗,通过@EnableAsync导入的后置处理器
 // AsyncAnnotationBeanPostProcessor根本就不是一个SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor
 // 这就意味着即使我们通过AsyncAnnotationBeanPostProcessor创建了一个代理对象
 // 但是早期暴露出去的用于给别的Bean进行注入的那个对象还是原始对象
 if (bp instanceof SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor) {
 SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor ibp = (SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor) bp;
 exposedObject = ibp.getEarlyBeanReference(exposedObject, beanName);
 }
 }
 }
 return exposedObject;
}

看完上面的代码循环依赖的问题就很明显了,因为早期暴露的对象跟最终放入容器中的对象不是同一个,所以报错了。报错的具体位置我在谈谈我对Spring Bean 生命周期的理解文章末尾已经分析过了,本文不再赘述

解决方案

就以上面读者给出的Demo为例,只需要在为B注入A时添加一个@Lazy注解即可

@Component
public class B implements BService {

 @Autowired
	@Lazy
	private A a;

	public void doSomething() {
	}
}

这个注解的作用在于,当为B注入A时,会为A生成一个代理对象注入到B中,当真正调用代理对象的方法时,底层会调用getBean(a)去创建A对象,然后调用方法,这个注解的处理时机是在org.springframework.beans.factory.support.DefaultListableBeanFactory#resolveDependency方法中,处理这个注解的代码位于org.springframework.context.annotation.ContextAnnotationAutowireCandidateResolver#buildLazyResolutionProxy,这些代码其实都在我之前的文章中分析过了

《Spring杂谈 | Spring中的AutowireCandidateResolver》

《谈谈Spring中的对象跟Bean,你知道Spring怎么创建对象的吗?》

所以本文不再做详细分析

问题2:默认线程池不会复用线程

我觉得这是这个注解最坑的地方,没有之一!我们来看看它默认使用的线程池是哪个,在前文的源码分析中,我们可以看到决定要使用线程池的方法是org.springframework.aop.interceptor.AsyncExecutionAspectSupport#determineAsyncExecutor。其源码如下:

protected AsyncTaskExecutor determineAsyncExecutor(Method method) {
 AsyncTaskExecutor executor = this.executors.get(method);
 if (executor == null) {
 Executor targetExecutor;
 // 可以在@Async注解中配置线程池的名字
 String qualifier = getExecutorQualifier(method);
 if (StringUtils.hasLength(qualifier)) {
 targetExecutor = findQualifiedExecutor(this.beanFactory, qualifier);
 }
 else {
 // 获取默认的线程池
 targetExecutor = this.defaultExecutor.get();
 }
 if (targetExecutor == null) {
 return null;
 }
 executor = (targetExecutor instanceof AsyncListenableTaskExecutor ?
  (AsyncListenableTaskExecutor) targetExecutor : new TaskExecutorAdapter(targetExecutor));
 this.executors.put(method, executor);
 }
 return executor;
}

最终会调用到org.springframework.aop.interceptor.AsyncExecutionInterceptor#getDefaultExecutor这个方法中

protected Executor getDefaultExecutor(@Nullable BeanFactory beanFactory) {
 Executor defaultExecutor = super.getDefaultExecutor(beanFactory);
 return (defaultExecutor != null ? defaultExecutor : new SimpleAsyncTaskExecutor());
}

可以看到,它默认使用的线程池是SimpleAsyncTaskExecutor。我们不看这个类的源码,只看它上面的文档注释,如下:

主要说了三点

  • 为每个任务新起一个线程
  • 默认线程数不做限制
  • 不复用线程

就这三点,你还敢用吗?只要你的任务耗时长一点,说不定服务器就给你来个OOM

解决方案

最好的办法就是使用自定义的线程池,主要有这么几种配置方法

在之前的源码分析中,我们可以知道,可以通过AsyncConfigurer来配置使用的线程池

如下:

public class DmzAsyncConfigurer implements AsyncConfigurer {
 @Override
 public Executor getAsyncExecutor() {
 // 创建自定义的线程池
 }
}

直接在@Async注解中配置要使用的线程池的名称

如下:

public class A implements AService {

	private B b;

	@Autowired
	public void setB(B b) {
		System.out.println(b);
		this.b = b;
	}

	@Async("dmzExecutor")
	public void doSomething() {
	}
}
@EnableAsync
@Configuration
@ComponentScan("com.dmz.spring.async")
@Aspect
public class Config {
	@Bean("dmzExecutor")
	public Executor executor(){
		// 创建自定义的线程池
		return executor;
	}
}

总结

本文主要介绍了Spring中异步注解的使用、原理及可能碰到的问题,针对每个问题文中也给出了方案。希望通过这篇文章能帮助你彻底掌握@Async注解的使用,知其然并知其所以然!

到此这篇关于Spring中异步注解@Async的使用、原理及使用时可能导致的问题及解决方法的文章就介绍到这了,更多相关Spring 异步注解@Async使用原理内容请搜索我们以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持我们!

时间: 2020-07-22

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