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springboot event线程池总结

事件是达到解藕目的的手段之一。

最近项目出了一个线上故障，就是因事件引起的，有必要进行一次对事件知识点的梳理

现在公司都是使用的spring全家桶，所以技术面都会在spring boot，这方面我也是新手了，学习与总结并进，新旧知识连贯

此文包含几个知识点

  1. 事件实现原理
  2. 事件使用的几种方式事件，达到解藕目的的手段之一

最近项目出了一个线上故障，就是因事件引起的，有必要进行一次对事件知识点的梳理

事件是引子，背后还是线程池的知识点

说来也搞笑，在面试时，几轮面试官都问了线程池问题，说明此公司肯定有过线程池的事故，要么大家统一对线程池有了高度认知，却不然遇到的第一个故障就是线程池引起的

可见面试与实现差距有多大

现在公司都是使用的spring全家桶，所以技术面都会在spring boot，这方面我也是新手了，学习与总结并进，新旧知识连贯

此文包含几个知识点

  1. 事件实现原理
  2. 事件使用的几种方式
  3. 异步事件
  4. 故障始末

原理

事件实现原理其实就是个观察者模式，所以也没什么好说的

实现方式

此处实现都以spring boot为基础，约定大于配置，所以在spring boot项目中，配置文件大大减少，相对以前写大量代码、配置文件还真是不习惯，感觉苦日子过惯了，还真是不习惯，感觉心里不踏实

达到一个事件，需要三件东西：event、publisher、listener

而在spring boot中，使用几个注解就可以

注解方式

最常见最普通的事件

事件

一个简单的类

@Data
public class DemoEvent  {


    public DemoEvent(String data){
        this.eventData = data;
    }

    private String eventData;
}

监听者

一个简单的bean，再加上一个@EventListener，还有所在方法的参数是所需要监听的事件

@Component
@Slf4j
public class DemoEventListener {

    @EventListener
    public void demoEventListener(DemoEvent demoEvent){
        log.info("demoevent listener,eventValue:{},order=2",demoEvent.getEventData());

    }
}

发布者

spring已经有了现成的ApplicationEventPublisher,而ApplicationContext就是实现者，因此只要是spring容器，都会有个context

实现监听接口

发布者不变了，事件与监听者换一种方式

监听者

实现ApplicationListener接口

@Component
@Slf4j
public class DemoEventApplictionListener implements ApplicationListener<AppEvent> {

    @Override
    //@Async
    @Order(3)
    public void onApplicationEvent(AppEvent demoEvent) {
        log.info("listener value:{},order=3",demoEvent.getEventData());
    }

}

事件

因为使用了ApplicationListener，所以事件需要是ApplicationEvent的子类

@Data
public class AppEvent extends org.springframework.context.ApplicationEvent {


    private String eventData;


    public AppEvent(String source) {
        super(source);

        this.eventData = source;
    }
}

有顺序监听者

一个事件，可以有很多监听者，这些监听者需要按执行顺序执行

此时，监听者实现SmartApplicationListener,此接口中有getOrder()

@Component
@Slf4j
public class DemoEventSmartApplicationListener implements SmartApplicationListener {
    @Override
    public boolean supportsEventType(Class<? extends ApplicationEvent> aClass) {
        return aClass == AppEvent.class;
    }

    @Override
    public boolean supportsSourceType(Class<?> aClass) {
        return true;
    }

    @Override
    public int getOrder() {
        return 1;
    }

    @Override
    public void onApplicationEvent(ApplicationEvent applicationEvent) {
        AppEvent event = (AppEvent)applicationEvent;
        log.info("smartapplicationListener,value:{},order=1",event.getEventData());
    }
}

其实还有@Order注解，也是一样的，并不一定要实现此接口

异步事件

在此前的实现方式都是同步的，虽然解藕，但对性能没有多大提升

异步事件就不一样了，有时使用就是为了不拖累主流程

要达到异步，使用两个注解

一在入口使用@EnableAsync,二是在监听方法上加上@Async

异步线程

使用异步，那必然是需要线程池的。到此没有配置线程池，因此需要关注一下默认的线程池是什么样的

对于spring boot的异步实现原理在AsyncExecutionAspectSupport类中，实现方法：

获取Executor

protected AsyncTaskExecutor determineAsyncExecutor(Method method) {
        AsyncTaskExecutor executor = this.executors.get(method);
        if (executor == null) {
            Executor targetExecutor;
            String qualifier = getExecutorQualifier(method);
            if (StringUtils.hasLength(qualifier)) {
                targetExecutor = findQualifiedExecutor(this.beanFactory, qualifier);
            }
            else {
                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;
    }

没有配置qualifier,取默认线程池

protected Executor getDefaultExecutor(@Nullable BeanFactory beanFactory) {
    if (beanFactory != null) {
        try {
            // Search for TaskExecutor bean... not plain Executor since that would
            // match with ScheduledExecutorService as well, which is unusable for
            // our purposes here. TaskExecutor is more clearly designed for it.
            return beanFactory.getBean(TaskExecutor.class);
        }
        catch (NoUniqueBeanDefinitionException ex) {
            logger.debug("Could not find unique TaskExecutor bean", ex);
            try {
                return beanFactory.getBean(DEFAULT_TASK_EXECUTOR_BEAN_NAME, Executor.class);
            }
            catch (NoSuchBeanDefinitionException ex2) {
                if (logger.isInfoEnabled()) {
                    logger.info("More than one TaskExecutor bean found within the context, and none is named " +
                            "'taskExecutor'. Mark one of them as primary or name it 'taskExecutor' (possibly " +
                            "as an alias) in order to use it for async processing: " + ex.getBeanNamesFound());
                }
            }
        }
        catch (NoSuchBeanDefinitionException ex) {
            logger.debug("Could not find default TaskExecutor bean", ex);
            try {
                return beanFactory.getBean(DEFAULT_TASK_EXECUTOR_BEAN_NAME, Executor.class);
            }
            catch (NoSuchBeanDefinitionException ex2) {
                logger.info("No task executor bean found for async processing: " +
                        "no bean of type TaskExecutor and no bean named 'taskExecutor' either");
            }
            // Giving up -> either using local default executor or none at all...
        }
    }
    return null;
}

在TaskExecutionAutoConfiguration中有默认的线程池配置了

@Lazy
    @Bean(name = { APPLICATION_TASK_EXECUTOR_BEAN_NAME,
            AsyncAnnotationBeanPostProcessor.DEFAULT_TASK_EXECUTOR_BEAN_NAME })
    @ConditionalOnMissingBean(Executor.class)
    public ThreadPoolTaskExecutor applicationTaskExecutor(TaskExecutorBuilder builder) {
        return builder.build();
    }

springboot1

在springboot1版本中，其实没有默认线程池的，在springboot2之后才有，可以看release-notes

Task Execution Spring Boot now provides auto-configuration for ThreadPoolTaskExecutor. If you are using @EnableAsync, your custom TaskExecutor can be removed in favor of customizations available from the spring.task.execution namespace. Custom ThreadPoolTaskExecutor can be easily created using TaskExecutorBuilder.

那么在springboot1中默认使用了哪个线程池呢？

在AsyncExecutionInterceptor中

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

可以看出如果没有配置线程池，就是SimpleAsyncTaskExecutor

这个类注释讲得很清楚

{@link TaskExecutor} implementation that fires up a new Thread for each task,executing it asynchronously.

protected void doExecute(Runnable task) {
    Thread thread = (this.threadFactory != null ? this.threadFactory.newThread(task) : createThread(task));
    thread.start();
}

有任务时，就是新建线程

线程池

事件本身没有太多的知识点，但对于线程池，需要再温习一下，在后面的故障分析中，关键知识点还是线程池

对于线程池的理解，从习得第一印象，认为线程池其实是对于线程与任务两者合并的消费生产者模式

但如果面试中，面试官询问如何理解线程池的？我也不会这样回答，这涉及到两人对于知识的共振范围，最好谈一些共识最大的点，利在于不踩坑，弊在于平凡不起眼

自jdk5开始，JDK引入了concurrent包,也就是大名鼎鼎的JUC，其中最常见ThreadPoolExecutor

常规知识点，线程池的几个重要参数

  1. 核心线程数：corePoolSize
  2. 最大线程数: maxPoolSize
  3. 线程空间时长: keepAliveTime
  4. 核心线程超时: allowCoreThreadTimeout,默认值false,若为true,空闲时，线程池中会没有线程
  5. 任务队列: workQueue
  6. 拒绝处理器: rejectedExecutionHandler

自带拒绝策略

  • AbortPolicy:默认策略，丢弃任务，抛RejectedExecutionException异常
  • DiscardPolicy:丢弃任务，但不抛异常
  • DiscardOldestPolicy:丢弃队列最前面的任务，然后重新尝试执行任务
  • CallerRunsPolicy:由调用线程处理任务

线程池的工作原理，网上有很多资料，提交任务给线程池，大致流程：

  1. 当线程池中线程数量小于 corePoolSize 则创建线程，并处理请求
  2. 当线程池中线程数量大于等于 corePoolSize 时，则把请求放入 workQueue中,随着线程池中的核心线程们不断执行任务，只要线程池中有空闲的核心线程，线程池就从 workQueue 中取任务并处理
  3. 当 taskQueue 已存满，放不下新任务时则新建非核心线程入池，并处理请求直到线程数目达到 maximumPoolSize（最大线程数量设置值）
  4. 如果线程池中线程数大于 maximumPoolSize 则使用 RejectedExecutionHandler 来进行任务拒绝处理

参数设定

在日常使用过程中，需要关注的是各参数数值设定，那么如何设定呢？

一、线程数越多越好吗？

这个明显不是，比如单核CPU，设置上万个线程没有意义；而且线程过多，上下文切换，反而降低性能

这儿引出一个问题，单核能多线程吗？

进程是资源的基本单位，线程是cpu调度的基本单位

如果一个线程一直占用CPU，那肯定多线程无用，但总有等待时候，如IO，此时，多线程就有了用武之地

线程数小了，显示又达不到最大化CPU性能

二、队列容量越大越好吗？

显然也不是，常人都关注线程数的设定，但队列大小鲜有人问，如果队列过大，积压相当多的任务，必然导致响应时间过长

如果队列过小，甚至没有，那任务没有缓冲，可能造成线程快速扩张

线程数与队列容量得配合使用，怎么才是合理的参数呢？

最直接的方式，模拟线上请求进行压测，随着请求量增加，QPS上升，当到了一定的阀值之后，请求数量增加QPS并不会增加，或者增加不明显，同时请求的响应时间却大幅增加。这个阀值我们认为是最佳线程数

对于线程数量多少，有很多的设定理论依据

任务类型

以任务类型设定,这是常用来粗略估值的

  • IO密集型
  • CPU密集型

如果是IO密集型，一般是CPU数*2；IO密集型CPU使用率不高，可以让CPU等待IO的时候处理别的任务，充分利用CPU

如果是CPU密集型 ，一般是CPU数+1；CPU使用率高，若开过多线程，增加线程上下文切换次数，带来额外开销

公式

前人早就有了计算公式

一、《Java Concurrency in Practice》

这本书中作者给出了定义

比如平均每个线程CPU运行时间为0.5s，而线程等待时间（非CPU运行时间，比如IO）为1.5s，CPU核心数为8，那么根据上面这个公式估算得到：8 * (1+(1.5⁄0.5)=32

二、《Programming Concurrency on the JVM Mastering》

线程数=Ncpu/（1-阻塞系数）：其中计算密集型阻塞系数为0，IO密集型阻塞系数接近1：

如果以这个示例使用第一个公式计算：2 * (1+(0.9⁄0.1)) =20,结果也是20

可以这么思考：两个公式表达不同，但实质一致

即Ncpu/（1-阻塞系数）=Ncpu*(1+w/c)

则阻塞系数=w/(w+c)，阻塞系数=阻塞时间/（阻塞时间+计算时间）

以第二个公式计算第一公式中的示例：8 / (1-(1.5/(1.5+0.5))) = 32

这样两个公式计算出的结果就是一样的

以公式计算法推算任务类型分类方式：

  • IO型：w/c≈1，公式算出2*cpu
  • CPU型：w/c≈0,公式算出1*cpu

公式的方法有了，如何确定公式中的变量值呢？

最原始的办法打印日志，等待CPU时间无非就是db,io,网络调用，在发包前，发包后打上日志，算得时间差，求出平均值

三、其它公式

设置的线程数 = 目标QPS/(1/任务实际处理时间) = QPS*每个任务处理时间

(核心线程就以平均qps定；最大线程就以最高qps定)

举例说明，假设目标QPS=100，任务实际处理时间0.2s，100 * 0.2 = 20个线程，这里的20个线程必须对应物理的20个CPU核心，否则将不能达到预估的QPS指标

队列大小 = 线程数 * (最大响应时间/任务实际处理时间)

假设目标最大响应时间为0.4s，计算阻塞队列的长度为20 * (0.4 / 0.2) = 40

这个公式有点难以理解，最初的公式应该是

线程数/任务实际处理时间 * 响应时间 = 队列大小

类似 速度*时间=长度

这么多的公式，死记硬背是不行的，简单理解一下，qps是每秒处理任务数，如果一个线程处理是1s，那么多少qpS，就需要多少线程了,若是处理0.2s，那1s可以处理5个任务了，也就是1/0.2，那线程数只需要qps/5了，也就是公式qps/(1/任务处理时间)

故障描述

有了上面的知识储备，现在回顾一下整个故障过程

起因

项目中使用的是springboot1,鉴于上面的线程实现，同事认为每次异步事件都是新创建线程，是很不合理的，这个不用讲，是的确很不合适，放着线程池不用，却使用最原始的新建线程。所以需要优化，使用线程池

过程

private Integer corePoolSize = 8;
private Integer maxPoolSize = 40;
private Integer queueCapacity = 200;

设置了线程池参数，因为机器是4核，所以就cpu*2,分析认为请求不多，所以看这个配置也没有大过

表象

发了版本之后，发现了问题，发现线上业务数据都不对，感觉所有的请求都失败了。

通过日志发现，请求正常进来了，但异步事件业务都没有正常执行执行到

分析

由结果来复盘整个事件，事件之中处理出了很多的问题，罗列一些，以鉴未来

1、全局性配置不可轻动

现在的系统是个遗留系统，业务复杂，代码交错。就是个正常健壮系统都不能随意变更，更何况现在不稳定，也没有理清根节，万不可动

动也得不仅有理论基础，还得实操配合，压力测试不可缺少

也得必须留有后手，如开关，如此次线程池没有配置拒绝策略

2、处理故障第一要务

发布后出现问题，再所难免，但一旦出现故障不是去分析故障，而是马上恢复业务提供能力：回滚

现在都是基于容器，完全就是留一台保留事故现场，留做后期分期

而不是放任故障蔓延，不停地分析争论原因

当然，回滚动作比较大，可以设置开关，这次更大问题是，开关有了，结果没有测试完备，没有生效

3、基础知识扎实

此次在处理事故中，开始不清楚springboot1的默认线程池，以为是默认的CachedThreadPool,在开关失效时，想通过修改线程池配置来修复问题，同事一直强调CPU就4核，设置大了，系统跟不上，也让我烦躁了，结果错乱地指挥把队列设置了无限大，更加加大了任务的延迟

线程的数量的确不宜过大，但也没说只能最大2*CPU,为CPU核数的2倍，为CPU核数的8倍，为CPU核数的32倍,法无定法

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