前言

其實最近都在研究事務相關的內容，之所以寫這麼一篇文章是因為前面寫了一篇關於迴圈依賴的文章：

《面試必殺技，講一講Spring中的迴圈依賴》

然後，很多同學碰到了下面這個問題，添加了Spring提供的一個非同步註解@Async迴圈依賴無法被解決了，下面是一些讀者的留言跟群裡同學碰到的問題：

本著講一個知識點就要講明白、講透徹的原則，我決定單獨寫一篇這樣的文章對@Async這個註解做一下詳細的介紹，這個註解帶來的問題遠遠不止迴圈依賴這麼簡單，如果對它不夠熟悉的話建議慎用。

文章要點

@Async的基本使用

這個註解的作用在於可以讓被標註的方法非同步執行，但是有兩個前提條件

配置類上新增@EnableAsync

我們通過一個Demo體會下這個註解的作用吧

第一步，配置類上開啟非同步：

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

}

第二步，

[code]@Component // 這個類本身要被Spring管理public class DmzAsyncService { @Async // 添加註解表示這

@Component // 這個類本身要被Spring管理
public class DmzAsyncService {
  
	@Async // 添加註解表示這個方法要非同步執行
	public void testAsync(){
		try {
			TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		System.out.println("testAsync invoked");
	}
}

第三步，測試非同步執行

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函式執行完成");
	}
}
// 程式執行結果如下：
// main函式執行完成
// testAsync invoked

通過上面的例子我們可以發現，DmzAsyncService中的testAsync方法是非同步執行的，那麼這背後的原理是什麼呢？我們接著分析

原理分析

我們在分析某一個技術的時候，最重要的事情是，一定一定要找到程式碼的入口，像Spring這種都很明顯，入口必定是在@EnableAsync這個註解上面，我們來看看這個註解幹了啥事（本文基於5.2.x版本）

@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
// 這裡是重點，匯入了一個ImportSelector
@Import(AsyncConfigurationSelector.class)
public @interface EnableAsync {
  
  // 這個配置可以讓程式設計師配置需要被檢查的註解，預設情況下檢查的就是@Async註解
	Class<? extends Annotation> annotation() default Annotation.class;
	
  // 預設使用jdk代理
	boolean proxyTargetClass() default false;
	
  // 預設使用Spring AOP
	AdviceMode mode() default AdviceMode.PROXY;
	
  // 在後續分析我們會發現，這個註解實際往容器中添加了一個
  // AsyncAnnotationBeanPostProcessor，這個後置處理器實現了Ordered介面
  // 這個配置主要代表了AsyncAnnotationBeanPostProcessor執行的順序
	int order() default Ordered.LOWEST_PRECEDENCE;
}

上面這個註解做的最重要的事情就是匯入了一個AsyncConfigurationSelector，這個類的原始碼如下：

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) {
        // 預設會使用SpringAOP進行代理
			case PROXY:
				return new String[] {ProxyAsyncConfiguration.class.getName()};
			case ASPECTJ:
				return new String[] {ASYNC_EXECUTION_ASPECT_CONFIGURATION_CLASS_NAME};
			default:
				return null;
		}
	}

}

這個類的作用是像容器中註冊了一個ProxyAsyncConfiguration，這個類的繼承關係如下：

我們先看下它的父類AbstractAsyncConfiguration，其原始碼如下：

@Configuration
public abstract class AbstractAsyncConfiguration implements ImportAware {
	
	@Nullable
	protected AnnotationAttributes enableAsync;

	@Nullable
	protected Supplier<Executor> executor;

	@Nullable
	protected Supplier<AsyncUncaughtExceptionHandler> exceptionHandler;
	
  // 這裡主要就是檢查將其匯入的類上是否有EnableAsync註解
  // 如果沒有的話就報錯
	@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());
		}
	}
  
  // 將容器中配置的AsyncConfigurer注入
  // 非同步執行嘛，所以我們可以配置使用的執行緒池
  // 另外也可以配置異常處理器
	@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;
	}

}

再來看看ProxyAsyncConfiguration這個類的原始碼

@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();
    // 將通過AsyncConfigurer配置好的執行緒池跟異常處理器設定到這個後置處理器中
    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;
	}

}

這個類本身是一個配置類，它的作用是向容器中新增一個AsyncAnnotationBeanPostProcessor。到這一步我們基本上就可以明白了，@Async註解的就是通過AsyncAnnotationBeanPostProcessor這個後置處理器生成一個代理物件來實現非同步的，接下來我們就具體看看AsyncAnnotationBeanPostProcessor是如何生成代理物件的，我們主要關注一下幾點即可：

• 是在生命週期的哪一步完成的代理？
• 切點的邏輯是怎麼樣的？它會對什麼樣的類進行攔截？
• 通知的邏輯是怎麼樣的？是如何實現非同步的？

基於上面幾個問題，我們進行逐一分析

是在生命週期的哪一步完成的代理？

我們抓住重點，AsyncAnnotationBeanPostProcessor是一個後置處理器器，按照我們對Spring的瞭解，大概率是在這個後置處理器的postProcessAfterInitialization方法中完成了代理，直接定位到這個方法，這個方法位於父類AbstractAdvisingBeanPostProcessor中，具體程式碼如下：

public Object postProcessAfterInitialization(Object bean,String beanName) {
  // 沒有通知，或者是AOP的基礎設施類，那麼不進行代理
  if (this.advisor == null || bean instanceof AopInfrastructureBean) {
    return bean;
  }
	
  // 對已經被代理的類，不再生成代理，只是將通知新增到代理類的邏輯中
  // 這裡通過beforeExistingAdvisors決定是將通知新增到所有通知之前還是新增到所有通知之後
  // 在使用@Async註解的時候，beforeExistingAdvisors被設定成了true
  // 意味著整個方法及其攔截邏輯都會非同步執行
  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;
    }
  }
	
  // 判斷需要對哪些Bean進行來代理
  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，確實是在這個方法中完成的代理。接著我們就要思考，切點的過濾規則是什麼呢？

切點的邏輯是怎麼樣的？

其實也不難猜到肯定就是類上添加了@Async註解或者類中含有被@Async註解修飾的方法。基於此，我們看看這個isEligible這個方法的實現邏輯，這個方位位於AbstractBeanFactoryAwareAdvisingPostProcessor中，也是AsyncAnnotationBeanPostProcessor的父類，對應程式碼如下：

// AbstractBeanFactoryAwareAdvisingPostProcessor的isEligible方法
// 呼叫了父類
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;
  }
  // 這裡完成的判斷
  eligible = AopUtils.canApply(this.advisor,targetClass);
  this.eligibleBeans.put(targetClass,eligible);
  return eligible;
}

實際上最後就是根據advisor來確定是否要進行代理，在Spring中AOP相關的API及原始碼解析，原來AOP是這樣子的這篇文章中我們提到過，advisor實際就是一個綁定了切點的通知，那麼AsyncAnnotationBeanPostProcessor這個advisor是什麼時候被初始化的呢？我們直接定位到AsyncAnnotationBeanPostProcessor的setBeanFactory方法，其原始碼如下：

public void setBeanFactory(BeanFactory beanFactory) {
  super.setBeanFactory(beanFactory);
	
  // 在這裡new了一個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;
}

我們來看看AsyncAnnotationAdvisor中的切點匹配規程是怎麼樣的，直接定位到這個類的buildPointcut方法中，其原始碼如下：

protected Pointcut buildPointcut(Set<Class<? extends Annotation>> asyncAnnotationTypes) {
  ComposablePointcut result = null;
  for (Class<? extends Annotation> asyncAnnotationType : asyncAnnotationTypes) {
    // 就是根據這兩個匹配器進行匹配的
    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);
}

程式碼很簡單，就是根據cpc跟mpc兩個匹配器來進行匹配的，第一個是檢查類上是否有@Async註解，第二個是檢查方法是是否有@Async註解。

那麼，到現在為止，我們已經知道了它在何時建立代理，會為什麼物件建立代理，最後我們還需要解決一個問題，代理的邏輯是怎麼樣的，非同步到底是如何實現的？

通知的邏輯是怎麼樣的？是如何實現非同步的？

前面也提到了advisor是一個綁定了切點的通知，前面分析了它的切點，那麼現在我們就來看看它的通知邏輯，直接定位到AsyncAnnotationAdvisor中的buildAdvice方法，原始碼如下：

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

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

簡單吧，加了一個攔截器而已，對於interceptor型別的物件，我們關注它的核心方法invoke就行了，程式碼如下：

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);
	
  // 非同步執行嘛，先獲取到一個執行緒池
  AsyncTaskExecutor executor = determineAsyncExecutor(userDeclaredMethod);
  if (executor == null) {
    throw new IllegalStateException(
      "No executor specified and no default executor set on AsyncExecutionInterceptor either");
  }
	
  // 然後將這個方法封裝成一個 Callable物件傳入到執行緒池中執行
  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,invocation.getArguments());
    }
    return null;
  };
	// 將任務提交到執行緒池
  return doSubmit(task,executor,invocation.getMethod().getReturnType());
}

導致的問題及解決方案

問題1：迴圈依賴報錯

就像在這張圖裡這個讀者問的問題，

分為兩點回答：

第一：迴圈依賴為什麼不能被解決？

這個問題其實很簡單，在《面試必殺技，講一講Spring中的迴圈依賴》這篇文章中我從兩個方面分析了迴圈依賴的處理流程

簡單物件間的迴圈依賴處理AOP物件間的迴圈依賴處理

按照這種思路，@Async註解導致的迴圈依賴應該屬於AOP物件間的迴圈依賴,也應該能被處理。但是，重點來了，解決AOP物件間迴圈依賴的核心方法是三級快取，如下：

在三級快取快取了一個工廠物件，這個工廠物件會呼叫getEarlyBeanReference方法來獲取一個早期的代理物件的引用，其原始碼如下：

protected Object getEarlyBeanReference(String beanName,RootBeanDefinition mbd,Object bean) {
  Object exposedObject = bean;
  if (!mbd.isSynthetic() && hasInstantiationAwareBeanPostProcessors()) {
   for (BeanPostProcessor bp : getBeanPostProcessors()) {
     // 看到這個判斷了嗎，通過@EnableAsync匯入的後置處理器
     // AsyncAnnotationBeanPostProcessor根本就不是一個SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor
     // 這就意味著即使我們通過AsyncAnnotationBeanPostProcessor建立了一個代理物件
     // 但是早期暴露出去的用於給別的Bean進行注入的那個物件還是原始物件
     if (bp instanceof SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor) {
      SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor ibp = (SmartInstantiationAwareBeanPostProcessor) bp;
      exposedObject = ibp.getEarlyBeanReference(exposedObject,beanName);
     }
   }
  }
  return exposedObject;
}

看完上面的程式碼迴圈依賴的問題就很明顯了，因為早期暴露的物件跟最終放入容器中的物件不是同一個，所以報錯了。報錯的具體位置我在你知道Spring是怎麼將AOP應用到Bean的生命週期中的嗎? 文章末尾已經分析過了，本文不再贅述

解決方案

就以上面讀者給出的Demo為例，只需要在為B注入A時新增一個@Lazy註解即可

@Component
public class B implements BService {
	
  @Autowired
	@Lazy
	private A a;

	public void doSomething() {
	}
}

這個註解的作用在於，當為B注入A時，會為A生成一個代理物件注入到B中，當真正呼叫代理物件的方法時，底層會呼叫getBean(a)去建立A物件，然後呼叫方法，這個註解的處理時機是在org.springframework.beans.factory.support.DefaultListableBeanFactory#resolveDependency方法中，處理這個註解的程式碼位於org.springframework.context.annotation.ContextAnnotationAutowireCandidateResolver#buildLazyResolutionProxy，這些程式碼其實都在我之前的文章中分析過了

《Spring雜談 | Spring中的AutowireCandidateResolver》

《談談Spring中的物件跟Bean，你知道Spring怎麼建立物件的嗎？》

所以本文不再做詳細分析

問題2：預設執行緒池不會複用執行緒

我覺得這是這個註解最坑的地方，沒有之一！我們來看看它預設使用的執行緒池是哪個，在前文的原始碼分析中，我們可以看到決定要使用執行緒池的方法是org.springframework.aop.interceptor.AsyncExecutionAspectSupport#determineAsyncExecutor。其原始碼如下：

protected AsyncTaskExecutor determineAsyncExecutor(Method method) {
  AsyncTaskExecutor executor = this.executors.get(method);
  if (executor == null) {
    Executor targetExecutor;
    // 可以在@Async註解中配置執行緒池的名字
    String qualifier = getExecutorQualifier(method);
    if (StringUtils.hasLength(qualifier)) {
      targetExecutor = findQualifiedExecutor(this.beanFactory,qualifier);
    }
    else {
      // 獲取預設的執行緒池
      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;
}

最終會呼叫到org.springframework.aop.interceptor.AsyncExecutionInterceptor#getDefaultExecutor這個方法中

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

可以看到，它預設使用的執行緒池是SimpleAsyncTaskExecutor。我們不看這個類的原始碼，只看它上面的文件註釋，如下：

主要說了三點

• 為每個任務新起一個執行緒
• 預設執行緒數不做限制
• 不復用執行緒

就這三點，你還敢用嗎？只要你的任務耗時長一點，說不定伺服器就給你來個OOM。

解決方案

最好的辦法就是使用自定義的執行緒池，主要有這麼幾種配置方法

在之前的原始碼分析中，我們可以知道，可以通過AsyncConfigurer來配置使用的執行緒池

如下：

public class DmzAsyncConfigurer implements AsyncConfigurer {
  @Override
  public Executor getAsyncExecutor() {
   // 建立自定義的執行緒池
  }
}

直接在@Async註解中配置要使用的執行緒池的名稱

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(){
		// 建立自定義的執行緒池
		return executor;
	}
}

總結

本文主要介紹了Spring中非同步註解的使用、原理及可能碰到的問題，針對每個問題文中也給出了方案。希望通過這篇文章能幫助你徹底掌握@Async註解的使用，知其然並知其所以然！

到此這篇關於Spring中非同步註解@Async的使用、原理及使用時可能導致的問題及解決方法的文章就介紹到這了,更多相關Spring 非同步註解@Async使用原理內容請搜尋我們以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大家以後多多支援我們！