大部分程序员还不知道的 Servelt3 异步请求，原来这么简单？

前言

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当一个 HTTP 请求到达 Tomcat，Tomcat 将会从线程池中取出线程，然后按照如下流程处理请求：

• 将请求信息解析为 HttpServletRequest
• 分发到具体 Servlet 处理相应的业务
• 通过 HttpServletResponse 将响应结果返回给等待客户端

整体流程如下所示：

这是我们日常最常用同步请求模型，所有动作都交给同一个 Tomcat 线程处理，所有动作处理完成，线程才会被释放回线程池。

想象一下如果业务需要较长时间处理，那么这个 Tomcat 线程其实一直在被占用，随着请求越来越多，可用 I/O 线程越来越少，直到被耗尽。这时后续请求只能等待空闲 Tomcat 线程，这将会加长了请求执行时间。

如果客户端不关心返回业务结果，这时我们可以自定义线程池，将请求任务提交给线程池，然后立刻返回。

也可以使用 Spring Async 任务，大家感兴趣可以自行查找一下资料

但是很多场景下，客户端需要处理返回结果，我们没办法使用上面的方案。在 Servlet2 时代，我们没办法优化上面的方案。

不过等到 Servlet3 ，引入异步 Servelt 新特性，可以完美解决上面的需求。

异步 Servelt 执行请求流程：

• 将请求信息解析为 HttpServletRequest
• 分发到具体 Servlet 处理,将业务提交给自定义业务线程池，请求立刻返回，Tomcat 线程立刻被释放
• 当业务线程将任务执行结束，将会将结果转交给 Tomcat 线程
• 通过 HttpServletResponse 将响应结果返回给等待客户端

引入异步 Servelt3 整体流程如下：

使用异步 Servelt，Tomcat 线程仅仅处理请求解析动作，所有耗时较长的业务操作全部交给业务线程池，所以相比同步请求， Tomcat 线程可以处理 更对请求。

虽然我们将业务处理交给业务线程池异步处理，但是对于客户端来讲，其还在同步等待响应结果。

可能有些同学会觉得异步请求将会获得更快响应时间，其实不是的，相反可能由于引入了更多线程，增加线程上下文切换时间。

虽然没有降低响应时间，但是通过请求异步化带来其他明显优点：

• 可以处理更高并发连接数，提高系统整体吞吐量
• 请求解析与业务处理完全分离，职责单一
• 自定义业务线程池，我们可以更容易对其监控，降级等处理
• 可以根据不同业务，自定义不同线程池，相互隔离，不用互相影响

所以具体使用过程，我们还需要进行的相应的压测，观察响应时间以及吞吐量等其他指标，综合选择。

异步 Servelt 使用方式

异步 Servelt 使用方式不是很难，小黑哥总结就是就是下面三板斧：

1. HttpServletRequest#startAsync 获取 AsyncContext 异步上下文对象
2. 使用自定义的业务线程池处理业务逻辑
3. 业务线程处理结束，通过 AsyncContext#complete 返回响应结果

下面的例子将会使用 SpringBoot ，Web 容器选择 Tomcat

示例代码如下：

ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);

@RequestMapping("/hello")
public void hello(HttpServletRequest request) {
    AsyncContext asyncContext = request.startAsync();
    // 超时时间
    asyncContext.setTimeout(10000);
    executorService.submit(() -> {
        try {
            // 休眠 5s，模拟业务操作
            TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
            // 输出响应结果
            asyncContext.getResponse().getWriter().println("hello world");
            log.info("异步线程处理结束");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            asyncContext.complete();
        }
    });
    log.info("servlet 线程处理结束");
}

浏览器访问该请求将会同步等待 5s 得到输出响应，应用日志输出结果如下：

2020-03-24 07:27:08.997  INFO 79257 --- [nio-8087-exec-4] com.xxxx   : servlet 线程处理结束
2020-03-24 07:27:13.998  INFO 79257 --- [pool-1-thread-3] com.xxxx   : 异步线程处理结束

这里我们需要注意设置合理的超时时间，防止客户端长时间等待。

SpringMVC

Servlet3 API ，无法使用 SpringMVC 为我们提供的特性，我们需要自己处理响应信息，处理方式相对繁琐。

SpringMVC 3.2 基于 Servelt3 引入异步请求处理方式，我们可以跟使用同步请求一样，方便使用异步请求。

SpringMVC 提供有两种异步方式，只要将 Controller 方法返回值修改下述类即可：

• DeferredResult
• Callable

DeferredResult

DeferredResult 是 SpringMVC 3.2 之后引入新的类，只要让请求方法返回 DeferredResult，就可以快速使用异步请求，示例代码如下：

ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(10);

@RequestMapping("/hello_v1")
public DeferredResult<String> hello_v1() {
    // 设置超时时间
    DeferredResult<String> deferredResult = new DeferredResult<>(7000L);
    // 异步线程处理结束，将会执行该回调方法
    deferredResult.onCompletion(() -> {
        log.info("异步线程处理结束");
    });
    // 如果异步线程执行时间超过设置超时时间,将会执行该回调方法
    deferredResult.onTimeout(() -> {
        log.info("异步线程超时");
        // 设置返回结果
        deferredResult.setErrorResult("timeout error");
    });
    deferredResult.onError(throwable -> {
        log.error("异常", throwable);
        // 设置返回结果
        deferredResult.setErrorResult("other error");
    });
    executorService.submit(() -> {
        try {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
            deferredResult.setResult("hello_v1");
            // 设置返回结果
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            // 若异步方法内部异常
            deferredResult.setErrorResult("error");
        }
    });
    log.info("servlet 线程处理结束");
    return deferredResult;

}

创建 DeferredResult 实例时可以传入特定超时时间。另外我们可以设置默认超时时间：

# 异步请求超时时间
spring.mvc.async.request-timeout=2000

如果异步程序执行完成，可以调用 DeferredResult#setResult返回响应结果。此时若有设置 DeferredResult#onCompletion 回调方法，将会触发该回调方法。

Go to implementation(s)

最后 DeferredResult 还提供其他异常的回调方法 onError，起初小黑哥以为只要异步线程内发生异常，就会触发该回调方法。尝试在异步线程内抛出异常，但是无法成功触发。

后续小黑哥查看这个方法的 doc，当 web 容器线程处理异步请求是时发生异常，才能成功触发。

小黑哥不知道如何才能发生这个异常，有经验的小伙伴们的可以留言告知下。

Callable

Spring 另外还提供一种异步请求使用方式，直接使用 JDK Callable。示例代码如下：

@RequestMapping("/hello_v2")
public Callable<String> hello_v2() {
    return new Callable<String>() {
        @Override
        public String call() throws Exception {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
            log.info("异步方法结束");
            return "hello_v2";
        }
    };
}

默认情况下，直接执行将会输出 WARN 日志：

这是因为默认情况使用 SimpleAsyncTaskExecutor 执行异步请求，每次调用执行都将会新建线程。由于这种方式不复用线程，生产不推荐使用这种方式，所以我们需要使用线程池代替。

我们可以使用如下方式自定义线程池：

@Bean(TaskExecutionAutoConfiguration.APPLICATION_TASK_EXECUTOR_BEAN_NAME)
public AsyncTaskExecutor executor() {
    ThreadPoolTaskExecutor threadPoolTaskExecutor = new ThreadPoolTaskExecutor();
    threadPoolTaskExecutor.setThreadNamePrefix("test-");
    threadPoolTaskExecutor.setCorePoolSize(10);
    threadPoolTaskExecutor.setMaxPoolSize(20);
    return threadPoolTaskExecutor;
}

注意 Bean 名称一定要是 applicationTaskExecutor，若不一致， Spring 将不会使用自定义线程池。

或者可以直接使用 SpringBoot 配置文件方式配置代替：

# 核心线程数
spring.task.execution.pool.core-size=10
# 最大线程数
spring.task.execution.pool.max-size=20
# 线程名前缀
spring.task.execution.thread-name-prefix=test
# 还有另外一些配置，读者们可以自行配置

这种方式异步请求的超时时间只能通过配置文件方式配置。

spring.mvc.async.request-timeout=10000

如果需要为单独请求的配置特定的超时时间，我们需要使用 WebAsyncTask 包装 Callable 。

@RequestMapping("/hello_v3")
public WebAsyncTask<String> hello_v3() {
    System.out.println("asdas");
    Callable<String> callable=new Callable<String>() {
        @Override
        public String call() throws Exception {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
            log.info("异步方法结束");
            return "hello_v3";
        }
    };
    // 单位 ms
    WebAsyncTask<String> webAsyncTask=new WebAsyncTask<>(10000,callable);
    return webAsyncTask;
}

总结

SpringMVC 两种异步请求方式，本质上就是帮我们包装 Servlet3 API ，让我们不用关心具体实现细节。虽然日常使用我们一般会选择使用 SpringMVC 两种异步请求方式，但是我们还是需要了解异步请求实际原理。所以大家如果在使用之前，可以先尝试使用 Servlet3 API 练习，后续再使用 SpringMVC。

Reference

1. https://www.baeldung.com/spring-deferred-result
2. https://spring.io/blog/2012/05/07/spring-mvc-3-2-preview-introducing-servlet-3-async-support

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