环境：SpringBoot2.7.12
1. 概述
在现代的互联网应用中，随着用户数量的不断增加和业务复杂性的提升，并发问题成为了开发中面临的重大挑战。传统的同步请求接口往往无法满足高并发场景的需要，不仅会阻塞调用线程，影响系统的响应性能，而且还可能导致线程资源的浪费。为了解决这些问题，异步请求接口逐渐成为了开发者的首选。
在SpringBoot框架中，异步请求接口的创建和使用非常方便，能够让你轻松解决并发问题，提高系统的可维护性和响应性能。本文将介绍如何快速掌握SpringBoot异步请求接口，以轻松解决并发问题。
2. 异步请求接口优势
异步请求接口相比于传统同步请求具有以下优势：
- 非阻塞性：异步请求不会阻塞调用线程，而是在请求处理过程中继续执行其他任务或操作，从而提高了系统的并发性能和响应速度。
- 可用资源：异步请求可以释放占用的线程等资源，避免阻塞，等到结果产生再重新获取线程处理。这样能够节省资源，提高系统的资源利用率。
- 解耦：异步请求可以减少系统间的耦合度，使得不同的系统或服务之间可以更好地协同工作。因为请求处理过程中不会阻塞其他操作，可以更容易地实现分布式系统的调用。
- 异常处理：异步请求可以更容易地捕获、处理异常，因为请求处理的结果是在另一个线程中返回的，不会影响到主线程的执行流程。
- 控制流程：异步请求可以通过回调函数或者Promise等方式来控制流程，使得流程更加灵活和可扩展。
- 总之，异步请求接口具有上述优势，尤其是在高并发场景下，能够提高系统的性能和可用性，是解决并发问题的有效方法之一。
3. 应用场景
异步请求接口可以应用于以下场景：
- 高并发场景：在面对大量用户请求时，异步请求接口能够避免线程阻塞，提高系统的并发处理能力，减少等待时间，提升用户体验。
- 耗时操作处理：当需要进行一些耗时的操作，如网络请求、IO磁盘等操作时，采用异步请求接口可以避免阻塞主线程，提高系统的响应性能。
- 实时数据处理：对于实时性要求较高的应用，如实时数据流处理、实时股票交易等场景，采用异步请求接口能够快速处理数据，并实时反馈结果，提高系统的实时性。
- 异步业务流程：在某些业务流程中，涉及到多个异步任务，这些任务之间没有依赖关系，可以采用异步请求接口进行实现，提高系统的并发性和响应性能。
- API接口的调用：当需要对其他API接口进行调用时，特别是对于一些耗时较长的接口，采用异步请求接口可以提高系统的响应性能和资源利用率。
总之，异步请求接口适用于那些需要避免阻塞、提高系统响应性能、处理耗时操作和实时数据处理等场景中，能够提高系统的并发性能和资源利用率，减少系统瓶颈的出现。
接下来我们进入正文，在Spring环境下如何将我们的接口异步化。
4. 实战异步接口
Spring MVC 广泛集成了 Servlet 3.0 异步请求处理功能：
- Controller方法中的 DeferredResult 和 Callable 返回值为单个异步返回值提供了基本支持。
- Controller可以流式传输多个值，包括 SSE 和原始数据。
- Controller可以使用反应式客户端和返回反应式类型来处理响应。
4.1 DeferredResult
一旦在 Servlet 容器中启用异步请求处理功能，控制器方法就可以用 DeferredResult 封装任何受支持的控制器方法返回值，如下例所示：
@GetMapping("/deferred")
@ResponseBody
public DeferredResult<Map<String, Object>> deferred(){
long start = System.currentTimeMillis() ;
System.out.printf("%s - 开始时间：%d%n", Thread.currentThread().getName(), start) ;
DeferredResult<Map<String, Object>> deferredResult = new DeferredResult<>();
// 为了演示方便直观，这里直接创建线程
new Thread(() -> {
try {
// 这里模拟耗时操作
TimeUnit.SECONDS.sleep(3) ;
// 将执行结果保存
Map<String, Object> result = new HashMap<>() ;
result.put("code", 1) ;
result.put("data", "你的业务数据") ;
deferredResult.setResult(result) ;
} catch (InterruptedException e) {}
}).start() ;
long end = System.currentTimeMillis() ;
System.out.printf("%s - 结束时间：%d%n", Thread.currentThread().getName(), end) ;
System.out.printf("总耗时：%d毫秒%n", (end - start)) ;
return deferredResult ;
}控制台输出结果：
2023-10-19 14:25:30.321 INFO 3884 --- [nio-8808-exec-1] o.s.web.servlet.DispatcherServlet : Completed initialization in 0 ms
http-nio-8808-exec-1 - 开始时间：1697696730335
http-nio-8808-exec-1 - 结束时间：1697696730335
总耗时：0毫秒从结果看出，处理请求的tomcat线程几乎没有占用时间，线程被快速的释放，这样就可以去处理其它的连接请求，整个系统的吞吐量就的到了明显的提升。
Controller可以从不同的线程异步生成返回值。
4.2 Callable
Controller可以用 java.util.concurrent.Callable 封装任何受支持的返回值，如下例所示：
@GetMapping("/callable")
public Callable<Map<String, Object>> callable() {
long start = System.currentTimeMillis() ;
System.out.printf("%s - 开始时间：%d%n", Thread.currentThread().getName(), start) ;
Callable<Map<String, Object>> callable = new Callable<Map<String, Object>>() {
public Map<String, Object> call() throws Exception {
Map<String, Object> result = new HashMap<>() ;
try {
// 这里模拟耗时操作
TimeUnit.SECONDS.sleep(3) ;
// 将执行结果保存
result.put("code", 1) ;
result.put("data", "你的业务数据") ;
} catch (InterruptedException e) {}
return result ;
}
} ;
long end = System.currentTimeMillis() ;
System.out.printf("%s - 结束时间：%d%n", Thread.currentThread().getName(), end) ;
System.out.printf("总耗时：%d毫秒%n", (end - start)) ;
return callable ;
}控制台输出结果：
http-nio-8808-exec-2 - 开始时间：1697697345385
http-nio-8808-exec-2 - 结束时间：1697697345386
总耗时：1毫秒执行结果与上面一样。
注意：这里Callable中的代码执行是在系统默认的一个TaskExecutor线程池中运行，我们可以通过配置自己的TaskExecutor来执行。如下：
@Bean
public ThreadPoolTaskExecutor myAsyncTaskExecutor() {
// 配置ThreadPoolTaskExecutor相关参数，比如核心线程数等
return ... ;
}4.3 ResponseBodyEmitter
你可以将 DeferredResult 和 Callable 用于单个异步返回值。如果要生成多个异步值并将其写入响应，该怎么办？本节将介绍如何做到这一点。
ResponseBodyEmitter 的返回值生成一个对象流，其中每个对象都会被 HttpMessageConverter 序列化并写入响应，如下例所示：
// 这里应该保存到一个集合中
private ResponseBodyEmitter emitter ;
@GetMapping("/emitter")
public ResponseBodyEmitter emitter() throws Exception {
ResponseBodyEmitter bodyEmitter = new ResponseBodyEmitter(-1L);
this.emitter = bodyEmitter ;
return bodyEmitter;
}
// 可以不断调用该接口进行消息的发送
@GetMapping("/sender")
public void sender() throws Exception {
this.emitter.send(System.currentTimeMillis()) ;
}
// 调用该j接口后请求结束
@GetMapping("/complete")
public void complete() throws Exception {
this.emitter.complete() ;
}当访问/emitter接口时，浏览器会一直转圈，一直等待。只有调用了/complete接口后请求内容才会被发送到客户端并结束请求。
4.4 StreamingResponseBody
有时，绕过消息转换并直接流式传输到响应的 OutputStream（例如，文件下载）非常有用。为此，可以使用 StreamingResponseBody 返回值类型，如下例所示：
@GetMapping("/stream")
public ResponseEntity<StreamingResponseBody> stream() {
long start = System.currentTimeMillis() ;
System.out.printf("%s - 开始时间：%d%n", Thread.currentThread().getName(), start) ;
// 内部执行还是用的系统内部的线程池
StreamingResponseBody stream = new StreamingResponseBody() {
@Override
public void writeTo(OutputStream outputStream) throws IOException {
outputStream.write(String.valueOf("当前时间: " + System.currentTimeMillis() + "<br/>").getBytes()) ;
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(1) ;
} catch (InterruptedException e) {}
outputStream.write(String.valueOf("当前时间: " + System.currentTimeMillis() + "<br/>").getBytes()) ;
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(1) ;
} catch (InterruptedException e) {}
outputStream.write(String.valueOf("当前时间: " + System.currentTimeMillis() + "<br/>").getBytes()) ;
}
};
MultiValueMap<String, String> headers = new HttpHeaders() ;
headers.add("Content-Type", "text/html;charset=UTF-8") ;
ResponseEntity<StreamingResponseBody> response = new ResponseEntity<StreamingResponseBody>(stream, headers , HttpStatus.OK) ;
long end = System.currentTimeMillis() ;
System.out.printf("%s - 结束时间：%d%n", Thread.currentThread().getName(), end) ;
System.out.printf("总耗时：%d毫秒%n", (end - start)) ;
return response ;
}控制台输出：
http-nio-8808-exec-1 - 开始时间：1697700256912
http-nio-8808-exec-1 - 结束时间：1697700256915
总耗时：3毫秒tomcat线程非常短的时间内释放，这样就可以处理更多的请求，提升系统整体的吞吐量。这种最适合文件下载。
浏览器输出：
4.5 SSE
该方式请阅读《实时数据推送并非只有WebSocket一种选择》详细介绍了如何使用。
4.6 基于反应式
Spring MVC 支持在控制器中使用反应式客户端库。这包括 spring-webflux 中的 WebClient 以及 Spring Data 反应式数据存储库等其他库。在这种情况下，从控制器方法中返回反应类型是很方便的。如下例所示：
@GetMapping("/mono")
public Mono<Map<String, Object>> mono() {
long start = System.currentTimeMillis() ;
System.out.printf("%s - 开始时间：%d%n", Thread.currentThread().getName(), start) ;
Mono<Map<String, Object>> mono = Mono.defer(() -> {
try {
TimeUnit.SECONDS.sleep(3) ;
} catch (InterruptedException e) {}
Map<String, Object> result = new HashMap<>() ;
result.put("code", 1) ;
result.put("data", "你的业务数据") ;
return Mono.just(result) ;
}) ;
long end = System.currentTimeMillis() ;
System.out.printf("%s - 结束时间：%d%n", Thread.currentThread().getName(), end) ;
System.out.printf("总耗时：%d毫秒%n", (end - start)) ;
return mono ;
}控制台输出：
http-nio-8808-exec-2 - 开始时间：1697700686250
http-nio-8808-exec-2 - 结束时间：1697700686251
总耗时：1毫秒以上就是Spring中异步请求接口的实现方式。
异步请求接口是解决并发问题的有效方法之一，特别是在高并发、耗时操作、实时数据处理等场景中具有显著优势。通过异步请求，系统能够避免阻塞线程，提高系统的响应性能和资源利用率。
