阿里面试:说说@Async实现原理?

@Async 是 Spring 3.0 提供的一个注解,用于标识某类(下的公共方法)或某方法会执行异步调用。

接下来,我们来看下 @Async 的基本使用和实现原理。

1.基本使用

@Async 基本使用可以分为以下 3 步:

  1. 项目中开启异步支持
  2. 创建异步方法
  3. 调用异步方法

1.1 开启异步支持

以 Spring Boot 项目为例,我们首先需要在 Spring Boot 的启动类,也就是带有@SpringBootApplication 注解的类上添加 @EnableAsync 注解,以开启异步方法执行的支持,如下代码所示:

java 复制代码
import org.springframework.boot.SpringApplication;
import org.springframework.boot.autoconfigure.SpringBootApplication;
import org.springframework.scheduling.annotation.EnableAsync;

@SpringBootApplication
@EnableAsync
public class MyApplication {
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(MyApplication.class, args);
    }
}

1.2 创建异步方法

创建异步方法是在需要异步执行的方法上添加 @Async 注解,这个方法一定是要放在被 IoC 容器管理的 Bean 中,只有被 IoC 管理的类才能实现异步调用,例如在带有 @Service 注解的类中创建异步方法:

java 复制代码
import org.springframework.scheduling.annotation.Async;
import org.springframework.stereotype.Service;

@Service
public class AsyncService {

    @Async
    public void performAsyncTask() {
        // 这里放置需要异步执行的代码
        System.out.println("异步任务正在执行,当前线程:" + Thread.currentThread().getName());
    }
}

1.3 调用异步方法

在其他类或方法中,通过注入这个服务类的实例来调用异步方法。注意,直接在同一个类内部调用不会触发异步行为,必须通过注入的实例调用,使用 new 创建的对象也不能进行异步方法调用,具体实现代码如下:

java 复制代码
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;

@RestController
public class MyController {

    @Autowired
    private AsyncService asyncService;

    @GetMapping("/startAsync")
    public String startAsyncTask() {
        asyncService.performAsyncTask();
        return "异步任务已启动";
    }
}

2.实现原理

简单来说,@Async 注解是由 AOP(面向切面)实现的,具体来说,它是由 AsyncAnnotationAdvisor 这个切面类来实现的。

在 AsyncAnnotationAdvisor 中,会使用 AsyncExecutionInterceptor 来处理 @Async 注解,它会在被 @Async 注解标识的方法被调用时,创建一个异步代理对象来执行方法。这个异步代理对象会在一个新的线程中调用被 @Async 注解标识的方法,从而实现方法的异步执行。

在 AsyncExecutionInterceptor 中,核心方法是 getDefaultExecutor 方法,使用此方法来获取一个线程池来执行被 @Async 注解修饰的方法,它的实现源码如下:

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

此方法实现比较简单,它是先尝试调用父类 AsyncExecutionAspectSupport#getDefaultExecutor 方法获取线程池,如果父类方法获取不到线程池再用创建 SimpleAsyncTaskExecutor 对象作为 Async 的线程池返回。

而 SimpleAsyncTaskExecutor 中在执行任务时是这样的:

java 复制代码
protected void doExecute(Runnable task) {
    this.newThread(task).start();
}

可以看出,在 Spring 框架中如果使用默认的 @Async 注解,它的执行比较简单粗暴,并没有使用线程池,而是每次创建线程来执行,所以在 Spring 框架中是不能直接使用 @Async 注解的,需要使用 @Async 注解搭配自定义的线程池,既实现 AsyncConfigurer 接口来提供自定义的 ThreadPoolTaskExecutor 来创建线程池,以确保 @Async 能真正的使用线程池来执行异步任务。

然而,在 Spring Boot 中,因为在框架启动时,自动注入了 ThreadPoolTaskExecutor,如下源码所示:

java 复制代码
@ConditionalOnClass({ThreadPoolTaskExecutor.class})
@AutoConfiguration
@EnableConfigurationProperties({TaskExecutionProperties.class})
@Import({TaskExecutorConfigurations.ThreadPoolTaskExecutorBuilderConfiguration.class, TaskExecutorConfigurations.TaskExecutorBuilderConfiguration.class, TaskExecutorConfigurations.SimpleAsyncTaskExecutorBuilderConfiguration.class, TaskExecutorConfigurations.TaskExecutorConfiguration.class})
public class TaskExecutionAutoConfiguration {
    public static final String APPLICATION_TASK_EXECUTOR_BEAN_NAME = "applicationTaskExecutor";

    public TaskExecutionAutoConfiguration() {
    }
}

具体的构建细节源码如下:

java 复制代码
@Bean
@ConditionalOnMissingBean({TaskExecutorBuilder.class, ThreadPoolTaskExecutorBuilder.class})
ThreadPoolTaskExecutorBuilder threadPoolTaskExecutorBuilder(TaskExecutionProperties properties, ObjectProvider<ThreadPoolTaskExecutorCustomizer> threadPoolTaskExecutorCustomizers, ObjectProvider<TaskExecutorCustomizer> taskExecutorCustomizers, ObjectProvider<TaskDecorator> taskDecorator) {
    TaskExecutionProperties.Pool pool = properties.getPool();
    ThreadPoolTaskExecutorBuilder builder = new ThreadPoolTaskExecutorBuilder();
    builder = builder.queueCapacity(pool.getQueueCapacity());
    builder = builder.corePoolSize(pool.getCoreSize());
    builder = builder.maxPoolSize(pool.getMaxSize());
    builder = builder.allowCoreThreadTimeOut(pool.isAllowCoreThreadTimeout());
    builder = builder.keepAlive(pool.getKeepAlive());
    TaskExecutionProperties.Shutdown shutdown = properties.getShutdown();
    builder = builder.awaitTermination(shutdown.isAwaitTermination());
    builder = builder.awaitTerminationPeriod(shutdown.getAwaitTerminationPeriod());
    builder = builder.threadNamePrefix(properties.getThreadNamePrefix());
    Stream var10001 = threadPoolTaskExecutorCustomizers.orderedStream();
    Objects.requireNonNull(var10001);
    builder = builder.customizers(var10001::iterator);
    builder = builder.taskDecorator((TaskDecorator)taskDecorator.getIfUnique());
    builder = builder.additionalCustomizers(taskExecutorCustomizers.orderedStream().map(this::adapt).toList());
    return builder;
}

因此在 Spring Boot 框架中可以直接使用 @Async 注解,无需担心它每次都会创建线程来执行的问题

课后思考

为什么使用 @Async 注解不能解决循环依赖的问题?为什么使用 @Async 注解会导致事务实现?

本文已收录到我的面试小站 www.javacn.site,其中包含的内容有:Redis、JVM、并发、并发、MySQL、Spring、Spring MVC、Spring Boot、Spring Cloud、MyBatis、设计模式、消息队列等模块。