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SpringBoot异步接口实现:提高系统的吞吐量

来源: 责编: 时间:2024-09-10 09:46:03 21观看
导读前言Servlet 3.0之前:每一次Http请求都由一个线程从头到尾处理。Servlet 3.0之后,提供了异步处理请求:可以先释放容器分配给请求的线程与相关资源,减轻系统负担,从而增加服务的吞吐量。在springboot应用中,可以有4种方式实

前言

Servlet 3.0之前:每一次Http请求都由一个线程从头到尾处理。2ZI28资讯网——每日最新资讯28at.com

Servlet 3.0之后,提供了异步处理请求:可以先释放容器分配给请求的线程与相关资源,减轻系统负担,从而增加服务的吞吐量。2ZI28资讯网——每日最新资讯28at.com

在springboot应用中,可以有4种方式实现异步接口(至于ResponseBodyEmitter、SseEmitter、StreamingResponseBody,不在本文介绍内,之后新写文章介绍):2ZI28资讯网——每日最新资讯28at.com

  • AsyncContext
  • Callable
  • WebAsyncTask
  • DeferredResult

第一中AsyncContext是Servlet层级的,比较原生的方式,本文不对此介绍(一般都不使用它,太麻烦了)。本文着重介绍后面三种方式。2ZI28资讯网——每日最新资讯28at.com

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特别说明:服务端的异步或同步对于客户端而言是不可见的。不会因为服务端使用了异步,接口的结果就和同步不一样了。另外,对于单个请求而言,使用异步接口会导致响应时间比同步大,但不特别明显。具体后文分析。2ZI28资讯网——每日最新资讯28at.com

基于Callable实现

Controller中,返回一个java.util.concurrent.Callable包装的任何值,都表示该接口是一个异步接口:2ZI28资讯网——每日最新资讯28at.com

@GetMapping("/testCallAble")public Callable<String> testCallAble() {    return () -> {        Thread.sleep(40000);        return "hello";    };}

服务器端的异步处理对客户端来说是不可见的。例如,上述接口,最终返回的客户端的是一个String,和同步接口中,直接返回String的效果是一样的。2ZI28资讯网——每日最新资讯28at.com

Callable 处理过程如下:2ZI28资讯网——每日最新资讯28at.com

控制器返回一个 Callable 。2ZI28资讯网——每日最新资讯28at.com

  • Spring MVC 调用 request.startAsync() 并将 Callable 提交给 AsyncTaskExecutor 以在单独的线程中进行处理。
  • 同时, DispatcherServlet 和所有过滤器退出 Servlet 容器线程,但response保持打开状态。
  • 最终 Callable 产生结果,Spring MVC将请求分派回Servlet容器以完成处理。
  • 再次调用 DispatcherServlet ,并使用 Callable 异步生成的返回值继续处理。

Callable默认使用SimpleAsyncTaskExecutor类来执行,这个类非常简单而且没有重用线程。在实践中,需要使用AsyncTaskExecutor类来对线程进行配置。2ZI28资讯网——每日最新资讯28at.com

基于WebAsyncTask实现

Spring提供的WebAsyncTask是对Callable的包装,提供了更强大的功能,比如:处理超时回调、错误回调、完成回调等。本质上,和Callable区别不大,但是由于它额外封装了一些事件的回调,所有,通常都使用WebAsyncTask而不是Callable:2ZI28资讯网——每日最新资讯28at.com

@GetMapping("/webAsyncTask")public WebAsyncTask<String> webAsyncTask() {    WebAsyncTask<String> result = new WebAsyncTask<>(30003, () -> {        return "success";    });    result.onTimeout(() -> {        log.info("timeout callback");        return "timeout callback";    });    result.onCompletion(() -> log.info("finish callback"));    return result;}

这里额外提一下,WebAsyncTask可以配置一个超时时间,这里配置的超时时间比全局配置的超时时间优先级都高(会覆盖全局配置的超时时间)。2ZI28资讯网——每日最新资讯28at.com

基于DeferredResult实现

DeferredResult使用方式与Callable类似,但在返回结果时不一样,它返回的时实际结果可能没有生成,实际的结果可能会在另外的线程里面设置到DeferredResult中去。2ZI28资讯网——每日最新资讯28at.com

//定义一个全局的变量,用来存储DeferredResult对象private Map<String, DeferredResult<String>> deferredResultMap = new ConcurrentHashMap<>();@GetMapping("/testDeferredResult")public DeferredResult<String> testDeferredResult(){    DeferredResult<String> deferredResult = new DeferredResult<>();    deferredResultMap.put("test", deferredResult);    return deferredResult;}

如果调用以上接口,会发现客户端的请求一直是在pending状态——等待后端响应。这里,我简单的将该接口返回的DeferredResult对象存放在了一个Map集合中,实际应用中可以设计一个对象管理器来统一管理这些个对象。2ZI28资讯网——每日最新资讯28at.com

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注意:要考虑定时轮询(或其他方式)这些对象,将已经处理过或无效的DeferredResult对象清理掉(DeferredResult.isSetOrExpired方法可以判断是否还有效),避免内存泄露。2ZI28资讯网——每日最新资讯28at.com

这里我又写了一个接口,模拟:2ZI28资讯网——每日最新资讯28at.com

@GetMapping("/testSetDeferredResult")public String testSetDeferredResult() throws InterruptedException {    DeferredResult<String> deferredResult = deferredResultMap.get("test");    boolean flag = deferredResult.setResult("testSetDeferredResult");    if(!flag){        log.info("结果已经被处理,此次操作无效");    }    return "ok";}

其他线程修改DeferredResult的值:首先是从之前存放DeferredResult的map中拿到DeferredResult的值,然后设置它的返回值。当执行deferredResult.setResult之后,可以看到之前pending状态的接口完成了响应,得到的结果,就是这里设置的值。2ZI28资讯网——每日最新资讯28at.com

这里也额外说下:在返回DeferredResult时也可以设置超时时间,这个时间的优先级也是大于全局设置的。另外,判断DeferredResult是否有效,只是一个简单的判断,实际中判断有效的并不一定是有效的(比如:客户端取消了请求,服务端是不知道的),但是一般判断为无效的,那肯定是无效了。2ZI28资讯网——每日最新资讯28at.com

DeferredResult 处理过程如下:2ZI28资讯网——每日最新资讯28at.com

  • 控制器返回一个 DeferredResult 并将其保存在可以访问的内存队列或列表中。
  • Spring MVC 调用 request.startAsync() 。
  • 同时,DispatcherServlet 和所有配置的过滤器退出请求处理线程,但响应保持打开状态。
  • 应用程序从某个线程设置 DeferredResult ,Spring MVC 将请求分派回 Servlet 容器。
  • 再次调用 DispatcherServlet ,并使用异步生成的返回值继续处理。

提供一个线程池

异步请求,不会一直占用请求的主线程(tomcat容器中处理请求的线程),而是通过一个其他的线程来处理异步任务。也正是如此,在相同的最大请求数配置下,异步请求由于迅速的释放了主线程,所以才能提高吞吐量。2ZI28资讯网——每日最新资讯28at.com

这里提到一个其他线程,那么这个其他线程我们一般都不适用默认的,都是根据自身情况提供一个线程池供异步请求使用:(我给的参数都是测试用的,实际中不可照搬)。2ZI28资讯网——每日最新资讯28at.com

@Bean("mvcAsyncTaskExecutor")public AsyncTaskExecutor asyncTaskExecutor() {    ThreadPoolTaskExecutor executor = new ThreadPoolTaskExecutor();    // 线程池维护线程的最少数量    // asyncServiceExecutor.setCorePoolSize(Runtime.getRuntime().availableProcessors() + 1);    executor.setCorePoolSize(5);    // 线程池维护线程的最大数量    executor.setMaxPoolSize(10);    // 线程池所使用的缓冲队列    executor.setQueueCapacity(10);    //   asyncServiceExecutor.prefersShortLivedTasks();    executor.setThreadNamePrefix("fyk-mvcAsyncTask-Thread-");    asyncServiceExecutor.setBeanName("TaskId" + taskId);    //  asyncServiceExecutor.setKeepAliveSeconds(20);    //调用者执行    //   asyncServiceExecutor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());    executor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.DiscardPolicy());    // 线程全部结束才关闭线程池    executor.setWaitForTasksToCompleteOnShutdown(true);    // 如果超过60s还没有销毁就强制销毁,以确保应用最后能够被关闭,而不是阻塞住    executor.setAwaitTerminationSeconds(30);    executor.initialize();    return executor;}

把这个线程池配置设置到异步请求配置中:2ZI28资讯网——每日最新资讯28at.com

@Configurationpublic class FykWebMvcConfigurer implements WebMvcConfigurer {    @Autowired    @Qualifier("mvcAsyncTaskExecutor")    private AsyncTaskExecutor asyncTaskExecutor;    @Override    public void configureAsyncSupport(AsyncSupportConfigurer configurer) {        //异步操作的超时时间,值为0或者更小,表示永不超时        configurer.setDefaultTimeout(60001);        configurer.setTaskExecutor(asyncTaskExecutor);    }}

什么时候使用异步请求

异步请求能提高吞吐量,这个是建立在相同配置(这里的配置指的是:最大连接数、最大工作线程数)的情况下。因此并不是说任何接口都可以使用异步请求。比如:一个请求是进行大量的计算(总之就是在处理这个请求的业务方法时CPU是没有休息的),这种情况使用异步请求就没有多大意义了,因为这时的异步请求只是把一个任务从tomcat的工作线程搬到了另一个线程罢了。2ZI28资讯网——每日最新资讯28at.com

直接调大最大工作线程数配置也能到达要求。所以,真正使用异步请求的场景应该是该请求的业务代码中,大量的时间CPU是休息的(比如:在业务代码中请求其他系统的接口,在其他系统响应之前,CPU是阻塞等待的),这个时候使用异步请求,就可以释放tomcat的工作线程,让释放的工作线程可以处理其他的请求,从而提高吞吐量。2ZI28资讯网——每日最新资讯28at.com

由于异步请求增加了更多的线程切换(同步请求是同一个工作线程一直处理),所以理论上会增加接口的耗时。但,这个耗时很短很短。2ZI28资讯网——每日最新资讯28at.com

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