Spring SimpleAsyncTaskExecutor学习

买断2024-07-13 8:40

一. 简介

  1. SimpleAsyncTaskExecutor，不是真的线程池，这个类不重用线程，每次调用都会创建一个新的线程，没有最大线程数设置；并发大的时候会产生严重的性能问题；
  2. 在 Java 中创建线程并不便宜，线程对象占用大量内存，在大型应用程序中，分配和取消分配许多线程对象会产生大量内存管理开销；
  3. 它会为每个人物启动一个新任务，异步执行它；
  4. 支持通过 concurrencyLimit 属性限制并发线程，也就是进行流控；默认情况下，不会进行流控，也就是说并发线程数是无限的；

目前了解的，Spring Kafka 的 KafkaListener 会使用 SimpleAsyncTaskExecutor，其他场景没有见使用；

二. 使用

1. 不进行并发限流

不进行并发限流，每次执行 SimpleAsyncTaskExecutor.execute(runnable) 都会创建一个新线程去异步执行任务；

java 复制代码 
/**
 * 不带并发限流控制的 SimpleAsyncTaskExecutor
 */
public static void main(String[] args) {
    SimpleAsyncTaskExecutor executor = new SimpleAsyncTaskExecutor("my-test-");

    Runnable runnable = new Runnable() {
        @SneakyThrows
        @Override
        public void run() {
            Thread.sleep(1000L);
            System.out.println("当前线程: " + Thread.currentThread().getName());
        }
    };

    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        executor.execute(runnable);
    }
}

打印如下：

当前线程: my-test-4
当前线程: my-test-10
当前线程: my-test-5
当前线程: my-test-3
当前线程: my-test-9
当前线程: my-test-7
当前线程: my-test-2
当前线程: my-test-6
当前线程: my-test-8
当前线程: my-test-1

2. 进行并发限流

进行并发限流，每次执行 SimpleAsyncTaskExecutor.execute(runnable) 也会创建一个新线程去异步执行任务；

那并发限流和不并发限流的区别在哪呢？

  • 不并发限流：10 个线程并发执行；
  • 并发限流：concurrencyThrottle 并发线程设置为 3 的话，某一时刻只能有 3 个线程并发执行；
java 复制代码 
/**
 * 带并发限流控制的 SimpleAsyncTaskExecutor
 */
public static void main(String[] args) {
    SimpleAsyncTaskExecutor executor = new SimpleAsyncTaskExecutor("my-test-");

    // 并发线程限制
    executor.setConcurrencyLimit(3);

    Runnable runnable = new Runnable() {
        @SneakyThrows
        @Override
        public void run() {
            Thread.sleep(1000L);
            System.out.println("当前线程: " + Thread.currentThread().getName());
        }
    };

    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        executor.execute(runnable);
    }
    
    // 会发现主线程被卡住，因为在 SimpleAsyncTaskExecutor 中会阻塞等待
    System.out.println("主线程执行完成");
}

打印如下：

当前线程: my-test-3
当前线程: my-test-1
当前线程: my-test-2
------------------------------------------
当前线程: my-test-6
当前线程: my-test-5
当前线程: my-test-4
------------------------------------------
当前线程: my-test-8
当前线程: my-test-7
当前线程: my-test-9
------------------------------------------
主线程执行完成
当前线程: my-test-10

三. 源码分析

SimpleAsyncTaskExecutor 的源码比较少，我们直接看这个类；

java 复制代码 
public class SimpleAsyncTaskExecutor extends CustomizableThreadCreator
    implements AsyncListenableTaskExecutor, Serializable {

    /**
    * -1 表示不进行并发限流
    */
    public static final int UNBOUNDED_CONCURRENCY = -1;

    /**
    * 0 表示其他线程等待其他线程执行完
    */
    public static final int NO_CONCURRENCY = 0;


    // 并发限流的实现对象
    // 并发限流就是靠这个类实现的
    private final ConcurrencyThrottleAdapter concurrencyThrottle = new ConcurrencyThrottleAdapter();

    @Nullable
    private ThreadFactory threadFactory;

    @Nullable
    private TaskDecorator taskDecorator;

    public SimpleAsyncTaskExecutor() {
        super();
    }

    public SimpleAsyncTaskExecutor(String threadNamePrefix) {
        super(threadNamePrefix);
    }

    /**
    * 设置并发线程数
    * 给 concurrencyThrottle 的 concurrencyLimit 字段设值
    * 默认 concurrencyThrottle 的 concurrencyLimit 的值为 -1，表示不进行并发限流
    */
    public void setConcurrencyLimit(int concurrencyLimit) {
        this.concurrencyThrottle.setConcurrencyLimit(concurrencyLimit);
    }

    /**
    * 当前是否是并发限流的
    * 其实就是看 concurrencyThrottle 的 concurrencyLimit >= 0 ?
    */
    public final boolean isThrottleActive() {
        return this.concurrencyThrottle.isThrottleActive();
    }


    /**
    * 常用的 execute()
    */
    @SuppressWarnings("deprecation")
    @Override
    public void execute(Runnable task) {
        execute(task, TIMEOUT_INDEFINITE);
    }

    /**
    * 执行给定的 task
    */
    @Deprecated
    @Override
    public void execute(Runnable task, long startTimeout) {
        Assert.notNull(task, "Runnable must not be null");
        Runnable taskToUse = (this.taskDecorator != null ? 
                              this.taskDecorator.decorate(task) : task);
        
        // 1. 如果需要进行并发限流，走下面的逻辑
        if (isThrottleActive() && startTimeout > TIMEOUT_IMMEDIATE) {
            this.concurrencyThrottle.beforeAccess();
            doExecute(new ConcurrencyThrottlingRunnable(taskToUse));
        }
        else {
            // 2. 不需要并发限流，直接执行 doExecute(task)
            doExecute(taskToUse);
        }
    }


    protected void doExecute(Runnable task) {
        // 1. 直接创建一个新的线程！！！
        // 这就是为什么 SimpleAsyncTaskExecutor 每次执行 execute() 都会创建一个新线程的原因
        Thread thread = (this.threadFactory != null ? 
                         this.threadFactory.newThread(task) : createThread(task));
        
        // 2. 调用 thread.start() 异步执行任务
        thread.start();
    }


    /**
    * ConcurrencyThrottleAdapter 只有两个方法，都是由父类实现的
    */
    private static class ConcurrencyThrottleAdapter extends ConcurrencyThrottleSupport {

        @Override
        protected void beforeAccess() {
            super.beforeAccess();
        }

        @Override
        protected void afterAccess() {
            super.afterAccess();
        }
    }


    /**
    * 包装了 Runnable 对象，并且本身也是 Runnable 对象
    * 装饰器模式
    */
    private class ConcurrencyThrottlingRunnable implements Runnable {

        private final Runnable target;

        public ConcurrencyThrottlingRunnable(Runnable target) {
            this.target = target;
        }

        @Override
        public void run() {
            try {
                this.target.run();
            }
            finally {
                // 主要是在 finally 块中执行 concurrencyThrottle.afterAccess()
                concurrencyThrottle.afterAccess();
            }
        }
    }

}

通过上面的描述，我们对 SimpleAsyncTaskExecutor 有了简单的认识；

不进行并发流控的情况下，很好理解，每次执行 SimpleAsyncTaskExecutor.execute() 都会创建一个新的线程；

我们主要看下进行并发流控的情况下，它是怎么进行流控的；

java 复制代码 
// ---------------------- SimpleAsyncTaskExecutor ------------------------
public void execute(Runnable task, long startTimeout) {
    Runnable taskToUse = (this.taskDecorator != null ? 
                          this.taskDecorator.decorate(task) : task);
    
    // 1. 如果需要进行并发限流，走下面的逻辑
    if (isThrottleActive() && startTimeout > TIMEOUT_IMMEDIATE) {
        
        // 1.1 执行 this.concurrencyThrottle.beforeAccess()
        // 如果被并发限流的话会阻塞等待
        this.concurrencyThrottle.beforeAccess();
        
        // 1.2 此时没有被限流住
        // 将 task 包装为 ConcurrencyThrottlingRunnable
        // ConcurrencyThrottlingRunnable 的 run() 的 finally 块会释放资源
        // 使其他线程能通过限流
        doExecute(new ConcurrencyThrottlingRunnable(taskToUse));
    }
    else {
        // 2. 不需要并发限流，直接执行 doExecute(task)
        doExecute(taskToUse);
    }
}

this.concurrencyThrottle.beforeAccess() 和 ConcurrencyThrottlingRunnable.run() 都是关键点，下面我们分开分析；

1. concurrencyThrottle.beforeAccess()

可以看到它是通过 synchronized 和 concurrencyLimit 来控制并发限流的；

java 复制代码 
// ---------------------- ConcurrencyThrottleSupport ------------------------
protected void beforeAccess() {
    if (this.concurrencyLimit == 0) {
        // 不允许 concurrencyLimit == 0
        throw new IllegalStateException();
    }
    
    // 1. 存在并发限流的场景，this.concurrencyLimit > 0
    if (this.concurrencyLimit > 0) {
        
        // 2. 尝试获取 monitor 对象锁，获取不到的话在这里阻塞，等其他线程释放锁
        synchronized (this.monitor) {
            
            // 3. 如果当前并发线程 >= this.concurrencyLimit
            // 当前线程 wait 等待，直到其他线程唤醒它
            while (this.concurrencyCount >= this.concurrencyLimit) {
                this.monitor.wait();
            }
            
            // 4. 当前并发线程数 concurrencyCount++
            this.concurrencyCount++;
        }
    }
}

2. ConcurrencyThrottlingRunnable

我们看下这个类的 run()；

java 复制代码 
// --------------------- ConcurrencyThrottlingRunnable -----------------------
private class ConcurrencyThrottlingRunnable implements Runnable {

    private final Runnable target;

    public ConcurrencyThrottlingRunnable(Runnable target) {
        this.target = target;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            // 1. 执行目标 target.run()
            this.target.run();
        }
        finally {
            
            // 2. 执行 concurrencyThrottle.afterAccess()
            concurrencyThrottle.afterAccess();
        }
    }
}



// ---------------------- ConcurrencyThrottleSupport ------------------------
protected void afterAccess() {
    // 并发限流场景下
    // 先获取 monitor 对象锁，执行 concurrencyCount--，再唤醒 wait 中的线程
    if (this.concurrencyLimit >= 0) {
        synchronized (this.monitor) {
            this.concurrencyCount--;
            this.monitor.notify();
        }
    }
}

至此，SimpleAsyncTaskExecutor 分析完毕；

实际开发中，我们不要使用 SimpleAsyncTaskExecutor，避免发生灾难性的问题；

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