高性能的關鍵：Spring MVC的異步模式

我承認有些標題黨了，不過話說這樣其實也沒錯，關於“異步”處理的文章已經不少，代碼例子也能找到很多，但我還是打算發表這篇我寫了好長一段時間，卻一直沒發表的文章，以一個更簡單的視角，把異步模式講清楚。

什么是異步模式

要知道什么是異步模式，就先要知道什么是同步模式，先看最典型的同步模式：

(圖1)

瀏覽器發起請求，Web服務器開一個線程處理，處理完把處理結果返回瀏覽器。好像沒什么好說的了，絕大多數Web服務器都如此般處理。現在想想如果處理的過程中需要調用后端的一個業務邏輯服務器，會是怎樣呢？

(圖2)

調就調吧，上圖所示，請求處理線程會在Call了之后等待Return，自身處於阻塞狀態。這也是絕大多數Web服務器的做法，一般來說這樣做也夠了，為啥？一來“長時間處理服務”調用通常不多，二來請求數其實也不多。要不是這樣的話，這種模式會出現什么問題呢？——會出現的問題就是請求處理線程的短缺！因為請求處理線程的總數是有限的，如果類似的請求多了，所有的處理線程處於阻塞的狀態，那新的請求也就無法處理了，也就所謂影響了服務器的吞吐能力。要更加好地發揮服務器的全部性能，就要使用異步，這也是標題上所說的“高性能的關鍵”。接下來我們來看看異步是怎么一回事：

 

(圖3)

最大的不同在於請求處理線程對后台處理的調用使用了“invoke”的方式，就是說調了之后直接返回，而不等待，這樣請求處理線程就“自由”了，它可以接着去處理別的請求，當后端處理完成后，會鈎起一個回調處理線程來處理調用的結果，這個回調處理線程跟請求處理線程也許都是線程池中的某個線程，相互間可以完全沒有關系，由這個回調處理線程向瀏覽器返回內容。這就是異步的過程。

帶來的改進是顯而易見的，請求處理線程不需要阻塞了，它的能力得到了更充分的使用，帶來了服務器吞吐能力的提升。

Spring MVC的使用——DefferedResult

要使用Spring MVC的異步功能，你得先確保你用的是Servlet 3.0或以上的版本，Maven中如此配置：

    <dependency>
      <groupId>javax.servlet</groupId>
      <artifactId>javax.servlet-api</artifactId>
      <version>3.1.0</version>
      <scope>provided</scope>
    </dependency>
    <dependency>
      <groupId>org.springframework</groupId>
      <artifactId>spring-webmvc</artifactId>
      <version>4.2.3.RELEASE</version>
    </dependency>

我這里使用的Servlet版本是3.1.0，Spring MVC版本是4.2.3，建議使用最新的版本。

由於Spring MVC的良好封裝，異步功能使用起來出奇的簡單。傳統的同步模式的Controller是返回ModelAndView，而異步模式則是返回DeferredResult<ModelAndView>。

看這個例子：

@RequestMapping(value="/asynctask", method = RequestMethod.GET)
public DeferredResult<ModelAndView> asyncTask(){
    DeferredResult<ModelAndView> deferredResult = new DeferredResult<ModelAndView>();
    System.out.println("/asynctask 調用！thread id is : " + Thread.currentThread().getId());
    longTimeAsyncCallService.makeRemoteCallAndUnknownWhenFinish(new LongTermTaskCallback() {
        @Override
        public void callback(Object result) {
            System.out.println("異步調用執行完成, thread id is : " + Thread.currentThread().getId());
            ModelAndView mav = new ModelAndView("remotecalltask");
            mav.addObject("result", result);
            deferredResult.setResult(mav);
        }
    });
}

longTimeAsyncCallService是我寫的一個模擬長時間異步調用的服務類，調用之，立即返回，當它處理完成時候，就鈎起一個線程調用我們提供的回調函數，這跟“圖3”描述的一樣，它的代碼如下：

public interface LongTermTaskCallback {
    void callback(Object result);
}

public class LongTimeAsyncCallService {
    private final int CorePoolSize = 4;
    private final int NeedSeconds = 3;
    private Random random = new Random();
    private ScheduledExecutorService scheduler = Executors.newScheduledThreadPool(CorePoolSize);
    public void makeRemoteCallAndUnknownWhenFinish(LongTermTaskCallback callback){
        System.out.println("完成此任務需要 : " + NeedSeconds + " 秒");
        scheduler.schedule(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                callback.callback("長時間異步調用完成.");
            }
        }, "這是處理結果:)", TimeUnit.SECONDS);
    }
}

輸出的結果是：

/asynctask 調用！thread id is : 46
完成此任務需要 : 3 秒
異步調用執行完成, thread id is : 47

由此可見返回結果的線程和請求處理線程不是同一線程。

還有個叫WebAsyncTask

返回DefferedResult<ModelAndView>並非唯一做法，還可以返回WebAsyncTask來實現“異步”，但略有不同，不同之處在於返回WebAsyncTask的話是不需要我們主動去調用Callback的，看例子：

@RequestMapping(value="/longtimetask", method = RequestMethod.GET)
public WebAsyncTask longTimeTask(){
    System.out.println("/longtimetask被調用 thread id is : " + Thread.currentThread().getId());
    Callable<ModelAndView> callable = new Callable<ModelAndView>() {
        public ModelAndView call() throws Exception {
            Thread.sleep(3000); //假設是一些長時間任務
            ModelAndView mav = new ModelAndView("longtimetask");
            mav.addObject("result", "執行成功");
            System.out.println("執行成功 thread id is : " + Thread.currentThread().getId());
            return mav;
        }
    };
    return new WebAsyncTask(callable);
}

其核心是一個Callable<ModelAndView>，事實上，直接返回Callable<ModelAndView>都是可以的，但我們這里包裝了一層，以便做后面提到的“超時處理”。和前一個方案的差別在於這個Callable的call方法並不是我們直接調用的，而是在longTimeTask返回后，由Spring MVC用一個工作線程來調用，執行，打印出來的結果：

/longtimetask被調用 thread id is : 56
執行成功 thread id is : 57

可見確實由不同線程執行的，但這個WebAsyncTask可不太符合“圖3”所描述的技術規格，它僅僅是簡單地把請求處理線程的任務轉交給另一工作線程而已。

處理超時

如果“長時間處理任務”一直沒返回，那我們也不應該讓客戶端無限等下去啊，總歸要弄個“超時”出來。如圖：

 

(圖4)

其實“超時處理線程”和“回調處理線程”可能都是線程池中的某個線程，我為了清晰點把它們分開畫而已。增加這個超時處理在Spring MVC中非常簡單，先拿WebAsyncTask那段代碼來改一下：

@RequestMapping(value="/longtimetask", method = RequestMethod.GET)
public WebAsyncTask longTimeTask(){
    System.out.println("/longtimetask被調用 thread id is : " + Thread.currentThread().getId());
    Callable<ModelAndView> callable = new Callable<ModelAndView>() {
        public ModelAndView call() throws Exception {
            Thread.sleep(3000); //假設是一些長時間任務
            ModelAndView mav = new ModelAndView("longtimetask");
            mav.addObject("result", "執行成功");
            System.out.println("執行成功 thread id is : " + Thread.currentThread().getId());
            return mav;
        }
    };
    
    
    WebAsyncTask asyncTask = new WebAsyncTask(2000, callable);
    asyncTask.onTimeout(
            new Callable<ModelAndView>() {
                public ModelAndView call() throws Exception {
                    ModelAndView mav = new ModelAndView("longtimetask");
                    mav.addObject("result", "執行超時");
                    System.out.println("執行超時 thread id is ：" + Thread.currentThread().getId());
                    return mav;
                }
            }
    );
    return new WebAsyncTask(3000, callable);
}

注意看紅色字體部分代碼，這就是前面提到的為什么Callable還要外包一層的緣故，給WebAsyncTask設置一個超時回調，即可實現超時處理，在這個例子中，正常處理需要3秒鍾，而超時設置為2秒，所以肯定會出現超時，執行打印log如下：

/longtimetask被調用 thread id is : 59
執行超時 thread id is ：61
執行成功 thread id is : 80

嗯？明明超時了，怎么還會“執行成功”呢？超時歸超時，超時並不會打斷正常執行流程，但注意，出現超時后我們給客戶端返回了“超時”的結果，那接下來即便正常處理流程成功，客戶端也收不到正常處理成功所產生的結果了，這帶來的問題就是：客戶端看到了“超時”，實際上操作到底有沒有成功，客戶端並不知道，但通常這也不是什么大問題，因為用戶在瀏覽器上再刷新一下就好了。:D

好，再來看DefferedResult方式的超時處理：

    @RequestMapping(value = "/asynctask", method = RequestMethod.GET)
    public DeferredResult<ModelAndView> asyncTask() {
        DeferredResult<ModelAndView> deferredResult = new DeferredResult<ModelAndView>(2000L);
        System.out.println("/asynctask 調用！thread id is : " + Thread.currentThread().getId());
        longTimeAsyncCallService.makeRemoteCallAndUnknownWhenFinish(new LongTermTaskCallback() {
            @Override
            public void callback(Object result) {
                System.out.println("異步調用執行完成, thread id is : " + Thread.currentThread().getId());
                ModelAndView mav = new ModelAndView("remotecalltask");
                mav.addObject("result", result);
                deferredResult.setResult(mav);
            }
        });

        deferredResult.onTimeout(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println("異步調用執行超時！thread id is : " + Thread.currentThread().getId());
                ModelAndView mav = new ModelAndView("remotecalltask");
                mav.addObject("result", "異步調用執行超時");
                deferredResult.setResult(mav);
            }
        });

        return deferredResult;
    }

非常類似，對吧，我把超時設置為2秒，而正常處理需要3秒，一定會超時，執行結果如下：

/asynctask 調用！thread id is : 48
完成此任務需要 : 3 秒
異步調用執行超時！thread id is : 51
異步調用執行完成, thread id is : 49

完全在我們預料之中。

異常處理

貌似沒什么差別，在Controller中的處理和之前同步模式的處理是一樣一樣的：

    @ExceptionHandler(Exception.class)
    public ModelAndView handleAllException(Exception ex) {
        ModelAndView model = new ModelAndView("error");
        model.addObject("result", ex.getMessage());
        return model;
    }

還要再弄個全局的異常處理啥的，和過去的做法都一樣，在此不表了。