异步八种方式提高性能

异步的八种实现方式

线程Thread
Future
异步框架CompletableFuture
Spring注解@Async
Spring ApplicationEvent事件
消息队列
第三方异步框架，比如Hutool的ThreadUtil
Guava异步

一、线程异步

public class AsyncThread extends Thread{@Overridepublic void run(){System.out.println("Current thread name:" + Thread.currentThread().getName() + " Send email success!");}public static void main(String[] args) {AsyncThread asyncThread = new AsyncThread();asyncThread.run();}
}

当然如果每次都创建一个Thread线程，频繁的创建、销毁，浪费系统资源，我们可以采用线程池：

private ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();public void fun() {//可以将业务逻辑封装到Runnable或Callable中，交由线程池来执行。executorService.submit(new Runnable() {@Overridepublic void run() {log.info("执行业务逻辑...");}});
}

二、Future异步

@Slf4j
public class FutureManager{public String execute()throws Exception{//创建线程池ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(1);Future<String> future  executor.submit(new Callable<String>(){@Overridepublic String call()throws Exception{System.out.println(" --- task start --- ");Thread.sleep(3000);System.out.println(" --- task finish ---");return "this is future execute final result!!!";}});//这里需要返回值时会阻塞主线程String result = future.get();log.info("Future get result: {}", result);return result;}@SneakyThrowspublic static void main(String[] args){FutureManager manager = new FutureManager();manager.execute();}
}

Future的不足之处:

无法被动接收异步任务的计算结果：虽然我们可以主动将异步任务提交给线程池中的线程来执行，但是待异步任务执行结束之后，主线程无法得到任务完成与否的通知，它需要通过get方法主动获取任务执行的结果。
Future件彼此孤立：有时某一个耗时很长的异步任务执行结束之后，你想利用它返回的结果再做进一步的运算，该运算也会是一个异步任务，两者之间的关系需要程序开发人员手动进行绑定赋予，Future并不能将其形成一个任务流（pipeline），每一个Future都是彼此之间都是孤立的，所以才有了后面的CompletableFuture，CompletableFuture就可以将多个Future串联起来形成任务流
Futrue没有很好的错误处理机制：截止目前，如果某个异步任务在执行发的过程中发生了异常，调用者无法被动感知，必须通过捕获get方法的异常才知晓异步任务执行是否出现了错误，从而在做进一步的判断处理。

三、CompletableFuture实现异步

public class CompletableFutureCompose{/*** thenAccept子任务和父任务公用同一个线程*/@SneakyThrowspublic static void thenRunAsync(){CompletableFuture<Integer> cf1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {System.out.println(Thread.currentThread() + " cf1 do something....");return 1;});CompletableFuture<Void> cf2 = cf1.thenRunAsync(() -> {System.out.println(Thread.currentThread() + " cf2 do something...");});//等待任务1执行完成System.out.println("cf1结果->" + cf1.get());//等待任务2执行完成System.out.println("cf2结果->" + cf2.get());}public static void main(String[] args) {thenRunAsync();}
}

不需要显式使用ExecutorService，CompletableFuture 内部使用了ForkJoinPool来处理异步任务，如果在某些业务场景我们想自定义自己的异步线程池也是可以的。

四、Spring的@Async异步

在实际项目中，使用@Async调用线程池，推荐等方式是是使用自定义线程池的模式，不推荐直接使用@Async直接实现异步。

①、自定义异步线程池

/*** 线程池参数配置，多个线程池实现线程池隔离，* @Async注解，默认使用系统自定义线程池，可在项目中设置多个线程池，在异步调用的时候，指明需要调用的线程池名称，比如：@Async("taskName")
**/
@EnableAsync
@Configuration
public class TaskPoolConfig{//自定义线程池@Bean("taskExecutor")public Executor taskExecutor(){//返回可用处理器的Java虚拟机数量12int i = Runtime.getRuntime().availableProcessors();System.out.println("系统最大线程数：" + i);//核心线程池大小executor.setCorePoolSize(16);//最大线程数executor.setMaxPoolSize(20);//配置队列容量，默认值为Integer.MAX_VALUEexecutor.setQueueCapacity(99999);//活跃时间executor.setKeepAliveSeconds(60);//线程名字前缀executor.setThreadNamePrefix("asyncServiceExecutor -");//设置此执行程序应该在关闭时阻止的最大秒数，以便在容器的其余部分继续关闭之前等待剩余的任务完成他们的执行executor.setAwaitTerminationSeconds(60);//等待所有的任务结束后再关闭线程池executor.setWaitForTasksToCompleteOnShutdown(true);return executor;}
}

②、AsyncService：

public interface AsyncService{MessageResult sendSms(String callPrefix, String mobile, String actionType, String content);MessageResult sendEmail(String email, String subject, String content);
}

@Slf4j
@Service
public class AsyncServiceImpl implements AsyncService{@Autowiredprivate IMessageHandler messageHandler;@Override@Async("taskExecutor")public MessageResult sendSms(String callPrefix, String mobile, String actionType, String content){try{Thread.sleep(1000);messageHandler.sendSms(callPrefix, mobile, actionType, content);}catch(Exception e){log.error("发送短信异常 -> ", e)}}@Override@Async("taskExecutor")public sendEmail(String email, String subject, String content) {try {Thread.sleep(1000);messageHandler.sendsendEmail(email, subject, content);} catch (Exception e) {log.error("发送email异常 -> ", e)}}
}

五、Spring ApplicationEvent事件实现异步

①、定义事件

public class AsyncSendEmailEvent extends ApplicationEvent{/*** 邮箱**/private String email;/*** 主题**/private String subject;/*** 内容**/private String content;/*** 接收者**/private String targetUserId;
}

②、定义事件处理器

@Slf4j
@Component
public class AsyncSendEmailEventHandler implements ApplicationListener<AsyncSendEmailEvent>{@Autowiredprivate IMessageHandler messageHandler;@Async(taskExecutor)@Overridepublic void onApplicationEvent(AsyncSendEmailEvent event){if(event == null){return;}String email = event.getEmail();String subject = event.getSubject();String content = event.getContent();String targetUserId = event.getTargetUserId();mesageHandler.sendsendEmailSms(email, subject, content, targerUserId);}
}

可能有些时候采用ApplicationEvent实现异步的使用，当程序出现异常错误的时候，需要考虑补偿机制，那么这时候可以结合Spring Retry重试来帮助我们避免这种异常造成数据不一致问题。

六、消息队列

①、回调事件消息生产者

@Slf4j
@Component
public class CallbackProducer{@AutowiredAmqpTemplate amqpTemplate;public void sendCallbackMessage(CallbackDTO allbackDTO, final long delayTimes){log.info("生产者发送消息，callbackDTO，{}", callbackDTO);amqpTemplate.convertAndSend(CallbackQueueEnum.QUEUE_GENSEE_CALLBACK.getExchange(), CallbackQueueEnum.QUEUE_GENSEE_CALLBACK.getRoutingKey(), JsonMapper.getInstance().toJson(genseeCallbackDTO),new MessagePostProcessor() {@Overridepublic Message postProcessMessage(Message message) throws AmqpException {//给消息设置延迟毫秒值，通过给消息设置x-delay头来设置消息从交换机发送到队列的延迟时间message.getMessageProperties().setHeader("x-delay", delayTimes);message.getMessageProperties().setCorrelationId(callbackDTO.getSdkId());return message;}});}
}

②、回调事件消息消费者

@Slf4j
@Component
@RabbitListener(queues = "message.callback", containerFactory = "rabbitListenerContainerFactory")
public class CallbackConsumer{@Autowiredprivate IGlobalUserService globalUserService;@RabbitHandlerpublic void handle(String json, Channel channel, @Headers Map<String, Object> map)throws Exception{if (map.get("error") != null) {//否认消息channel.basicNack((Long) map.get(AmqpHeaders.DELIVERY_TAG), false, true);return;}try {CallbackDTO callbackDTO = JsonMapper.getInstance().fromJson(json, CallbackDTO.class);//执行业务逻辑globalUserService.execute(callbackDTO);//消息消息成功手动确认，对应消息确认模式acknowledge-mode: manualchannel.basicAck((Long) map.get(AmqpHeaders.DELIVERY_TAG), false);} catch (Exception e) {log.error("回调失败 -> {}", e);}}
}

七、ThreadUtil异步工具类

@Slf4j
public class ThreadUtils{public static void main(){for (int i = 0; i < 3; i++) {ThreadUtil.execAsync(() -> {ThreadLocalRandom threadLocalRandom = ThreadLocalRandom.current();int number = threadLocalRandom.nextInt(20) + 1;System.out.println(number);});log.info("当前第：" + i + "个线程");}log.info("task finish!");}
}

八、Guava异步

Guava的ListenableFuture顾名思义就是可以监听的Future，是对java原生Future的扩展增强。

使用Guava ListenableFuture可以帮我们检测Future是否完成了，不需要再通过get()方法苦苦等待异步的计算结果，如果完成就自动调用回调函数，这样可以减少并发程序的复杂度。

ListenableFuture是一个接口，它从jdk的Future接口继承，添加了void addListener(Runnable listener, Executor executor)方法。

 ListeningExecutorService executorService = MoreExecutors.listeningDecorator(Executors.newCachedThreadPool());final ListenableFuture<Integer> listenableFuture = executorService.submit(new Callable<Integer>() {@Overridepublic Integer call() throws Exception {log.info("callable execute...")TimeUnit.SECONDS.sleep(1);return 1;}});

首先通过MoreExecutors类的静态方法listeningDecorator方法初始化一个ListeningExecutorService的方法，然后使用此实例的submit方法即可初始化ListenableFuture对象。
ListenableFuture要做的工作，在Callable接口的实现类中定义，这里只是休眠了1秒钟然后返回一个数字1，有了ListenableFuture实例，可以执行此Future并执行Future完成之后的回调函数。

 Futures.addCallback(listenableFuture, new FutureCallback<Integer>() {@Overridepublic void onSuccess(Integer result) {//成功执行...System.out.println("Get listenable future's result with callback " + result);}@Overridepublic void onFailure(Throwable t) {//异常情况处理...t.printStackTrace();}
});