詳解Servlet 3.0/3.1 中的異步處理

更新時間：2017年04月06日 11:33:11 作者：無知者云

這篇文章主要介紹了詳解Servlet 3.0/3.1 中的異步處理，實例分析了servlet 3.0異步處理的技巧，非常具有實用價值，需要的朋友可以參考下

在Servlet 3.0之前，Servlet采用Thread-Per-Request的方式處理請求，即每一次Http請求都由某一個線程從頭到尾負責處理。如果一個請求需要進行IO操作，比如訪問數(shù)據(jù)庫、調(diào)用第三方服務(wù)接口等，那么其所對應的線程將同步地等待IO操作完成，而IO操作是非常慢的，所以此時的線程并不能及時地釋放回線程池以供后續(xù)使用，在并發(fā)量越來越大的情況下，這將帶來嚴重的性能問題。即便是像Spring、Struts這樣的高層框架也脫離不了這樣的桎梏，因為他們都是建立在Servlet之上的。為了解決這樣的問題，Servlet 3.0引入了異步處理，然后在Servlet 3.1中又引入了非阻塞IO來進一步增強異步處理的性能。

本文源代碼：https://github.com/davenkin/servlet-3-async-learning

項目下載地址：servlet-3-async-learning_jb51.rar

在Servlet 3.0中，我們可以從HttpServletRequest對象中獲得一個AsyncContext對象，該對象構(gòu)成了異步處理的上下文，Request和Response對象都可從中獲取。AsyncContext可以從當前線程傳給另外的線程，并在新的線程中完成對請求的處理并返回結(jié)果給客戶端，初始線程便可以還回給容器線程池以處理更多的請求。如此，通過將請求從一個線程傳給另一個線程處理的過程便構(gòu)成了Servlet 3.0中的異步處理。

舉個例子，對于一個需要完成長時處理的Servlet來說，其實現(xiàn)通常為：

@WebServlet("/syncHello")
public class SyncHelloServlet extends HttpServlet {

  protected void doGet(HttpServletRequest request,
             HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException {
    new LongRunningProcess().run();
    response.getWriter().write("Hello World!");
  }
}

為了模擬長時處理過程，我們創(chuàng)建了一個LongRunningProcess類，其run()方法將隨機地等待2秒之內(nèi)的一個時間：

public class LongRunningProcess {

  public void run() {
    try {

      int millis = ThreadLocalRandom.current().nextInt(2000);
      String currentThread = Thread.currentThread().getName();
      System.out.println(currentThread + " sleep for " + millis + " milliseconds.");
      Thread.sleep(millis);

    } catch (InterruptedException e) {
      e.printStackTrace();
    }
  }
}

此時的SyncHelloServlet將順序地先執(zhí)行LongRunningProcess的run()方法，然后將將HelloWorld返回給客戶端，這是一個典型的同步過程。

在Servlet 3.0中，我們可以這么寫來達到異步處理：

@WebServlet(value = "/simpleAsync", asyncSupported = true)
public class SimpleAsyncHelloServlet extends HttpServlet {

  protected void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException {
    AsyncContext asyncContext = request.startAsync();

    asyncContext.start(() -> {
      new LongRunningProcess().run();
      try {
        asyncContext.getResponse().getWriter().write("Hello World!");
      } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
      }
      asyncContext.complete();
    });

  }

此時，我們先通過request.startAsync()獲取到該請求對應的AsyncContext，然后調(diào)用AsyncContext的start()方法進行異步處理，處理完畢后需要調(diào)用complete()方法告知Servlet容器。start()方法會向Servlet容器另外申請一個新的線程（可以是從Servlet容器中已有的主線程池獲取，也可以另外維護一個線程池，不同容器實現(xiàn)可能不一樣），然后在這個新的線程中繼續(xù)處理請求，而原先的線程將被回收到主線程池中。事實上，這種方式對性能的改進不大，因為如果新的線程和初始線程共享同一個線程池的話，相當于閑置下了一個線程，但同時又占用了另一個線程。

當然，除了調(diào)用AsyncContext的start()方法，我們還可以通過手動創(chuàng)建線程的方式來實現(xiàn)異步處理：

@WebServlet(value = "/newThreadAsync", asyncSupported = true)
public class NewThreadAsyncHelloServlet extends HttpServlet {

  protected void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException {

    AsyncContext asyncContext = request.startAsync();

    Runnable runnable = () -> {
      new LongRunningProcess().run();
      try {
        asyncContext.getResponse().getWriter().write("Hello World!");
      } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
      }
      asyncContext.complete();
    };

    new Thread(runnable).start();

  }

}

自己手動創(chuàng)建新線程一般是不被鼓勵的，并且此時線程不能重用。因此，一種更好的辦法是我們自己維護一個線程池。這個線程池不同于Servlet容器的主線程池，如下圖：

在上圖中，用戶發(fā)起的請求首先交由Servlet容器主線程池中的線程處理，在該線程中，我們獲取到AsyncContext，然后將其交給異步處理線程池?？梢酝ㄟ^Java提供的Executor框架來創(chuàng)建線程池：

@WebServlet(value = "/threadPoolAsync", asyncSupported = true)
public class ThreadPoolAsyncHelloServlet extends HttpServlet {

  private static ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(100, 200, 50000L, TimeUnit.MILLISECONDS, new ArrayBlockingQueue<>(100));

  protected void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException {

    AsyncContext asyncContext = request.startAsync();

    executor.execute(() -> {

      new LongRunningProcess().run();

      try {
        asyncContext.getResponse().getWriter().write("Hello World!");
      } catch (IOException e) {
        e.printStackTrace();
      }

      asyncContext.complete();

    });
  }

}

Servlet 3.0對請求的處理雖然是異步的，但是對InputStream和OutputStream的IO操作卻依然是阻塞的，對于數(shù)據(jù)量大的請求體或者返回體，阻塞IO也將導致不必要的等待。因此在Servlet 3.1中引入了非阻塞IO（參考下圖紅框內(nèi)容），通過在HttpServletRequest和HttpServletResponse中分別添加ReadListener和WriterListener方式，只有在IO數(shù)據(jù)滿足一定條件時（比如數(shù)據(jù)準備好時），才進行后續(xù)的操作。

對應的代碼示:

@WebServlet(value = "/nonBlockingThreadPoolAsync", asyncSupported = true)
public class NonBlockingAsyncHelloServlet extends HttpServlet {

  private static ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(100, 200, 50000L, TimeUnit.MILLISECONDS, new ArrayBlockingQueue<>(100));

  protected void doGet(HttpServletRequest request, HttpServletResponse response) throws ServletException, IOException {

    AsyncContext asyncContext = request.startAsync();

    ServletInputStream inputStream = request.getInputStream();

    inputStream.setReadListener(new ReadListener() {
      @Override
      public void onDataAvailable() throws IOException {

      }

      @Override
      public void onAllDataRead() throws IOException {
        executor.execute(() -> {
          new LongRunningProcess().run();

          try {
            asyncContext.getResponse().getWriter().write("Hello World!");
          } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
          }

          asyncContext.complete();

        });
      }

      @Override
      public void onError(Throwable t) {
        asyncContext.complete();
      }
    });


  }

}

在上例中，我們?yōu)镾ervletInputStream添加了一個ReadListener，并在ReadListener的onAllDataRead()方法中完成了長時處理過程。

以上就是本文的全部內(nèi)容，希望對大家的學習有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。

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