Servlet3异步原理

一、什么是异步Servlet

当一个新的请求到达时，Tomcat会从线程池里拿出一个线程来处理请求，这个线程会调用你的Web应用，Web应用在处理请求的过程中，Tomcat线程会一直阻塞，直到Web应用处理完毕才能再输出响应，最后Tomcat才回收这个线程

假如你的Web应用需要较长的时间来处理请求（比如数据库查询或者等待下游的服务调用返回），那么Tomcat线程一直不回收，会占用系统资源，在极端情况下会导致线程饥饿，也就是说Tomcat没有更多的线程来处理新的请求

那该如何解决这个问题呢？

Servlet3.0中引入的异步Servlet。主要是在Web应用里启动一个单独的线程来执行这些比较耗时的请求，而Tomcat线程立即返回，不再等待Web应用将请求处理完，这样Tomcat线程可以立即被回收到线程池，用来响应其他请求，降低了系统的资源消耗，同时还能提高系统的吞吐量

二、异步Servlet示例

SpringBoot启动类添加@ServletComponentScan注解，扫描Servlet

@ServletComponentScan
@SpringBootApplication
public class AsyncServletApplication {
    
    

    public static void main(String[] args) {
    
    
        SpringApplication.run(AsyncServletApplication.class, args);
    }

}

异步Servlet：

@WebServlet(urlPatterns = {
    
    "/async"}, asyncSupported = true)
public class AsyncServlet extends HttpServlet {
    
    

    //Web应用线程池，用来处理异步Servlet
    ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();

    @Override
    public void service(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) {
    
    
        //调用startAsync或者异步上下文
        AsyncContext asyncContext = req.startAsync();
        //添加AsyncListener
        asyncContext.addListener(new AsyncServletListener());
        //用线程池来执行耗时操作
        executor.execute(new Runnable() {
    
    

            @Override
            public void run() {
    
    

                //在这里做耗时的操作
                try {
    
    
                    asyncContext.getResponse().getWriter().println("Handling Async Servlet");
                } catch (IOException e) {
    
    
                }

                //异步Servlet处理完了调用异步上下文的complete方法
                asyncContext.complete();
            }

        });
    }
}

异步Servlet监听：

public class AsyncServletListener implements AsyncListener {
    
    
    private static final Logger LOGGER = LoggerFactory.getLogger(AsyncServletListener.class);

    /**
     * 异步线程执行完毕时回调
     *
     * @param asyncEvent
     * @throws IOException
     */
    @Override
    public void onComplete(AsyncEvent asyncEvent) throws IOException {
    
    
        LOGGER.info("AsyncServlet onComplete");
    }

    /**
     * 异步线程执行超时回调
     *
     * @param asyncEvent
     * @throws IOException
     */
    @Override
    public void onTimeout(AsyncEvent asyncEvent) throws IOException {
    
    
        LOGGER.info("AsyncServlet onTimeout");
    }

    /**
     * 异步线程执行出错回调
     *
     * @param asyncEvent
     * @throws IOException
     */
    @Override
    public void onError(AsyncEvent asyncEvent) throws IOException {
    
    
        LOGGER.info("AsyncServlet onError");
    }

    /**
     * 异步线程开始执行时回调
     *
     * @param asyncEvent
     * @throws IOException
     */
    @Override
    public void onStartAsync(AsyncEvent asyncEvent) throws IOException {
    
    
        LOGGER.info("AsyncServlet onStartAsync");
    }
}

上面的代码有三个要点：

• 通过注解的方式来注册Servlet，除了@WebServlet注解，还需要加上asyncSupported=true的属性，表明当前的Servlet是一个异步Servlet

• Web应用程序需要调用Request对象的startAsync()方法来拿到一个异步上下文AsyncContext。这个上下文保存了请求和响应对象

• Web应用需要开启一个新线程来处理耗时的操作，处理完成后需要调用AsyncContext的complete()方法。目的是告诉Tomcat，请求已经处理完成

虽然异步Servlet允许用更长的时间来处理请求，但是也有超时限制的，默认是30秒，如果30秒内请求还没处理完，Tomcat会触发超时机制，向浏览器返回超时错误，如果这个时候你的Web应用再调用asyncContext.complete()方法，会得到一个IllegalStateException异常

三、异步Servlet原理

接收到Request请求之后，由Tomcat工作线程从HttpServletRequest中获得一个异步上下文AsyncContext对象，然后由Tomcat工作线程把AsyncContext对象传递给业务处理线程，同时Tomcat工作线程归还到工作线程池，这一步就是异步开始。在业务处理线程中完成业务逻辑的处理，生成response返回给客户端

在Servlet3.0中虽然处理请求可以实现异步，但是InputStream和OutputStream的IO操作还是阻塞的，当数据量大的Request Body或者Response Body的时候，就会导致不必要的等待。从Servlet3.1以后增加了非阻塞IO，需要Tomcat8.x支持，通过在HttpServletRequest和HttpServletResponse中分别添加ReadListener和WriterListener方式，只有在IO数据满足一定条件时（比如数据准备好时），才进行后续的操作

@WebServlet(urlPatterns = {
    
    "/async"}, asyncSupported = true)
public class AsyncServlet extends HttpServlet {
    
    

    //Web应用线程池，用来处理异步Servlet
    ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();

    @Override
    public void service(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws IOException {
    
    
        //调用startAsync或者异步上下文
        AsyncContext asyncContext = req.startAsync();
        //添加AsyncListener
        asyncContext.addListener(new AsyncServletListener());

        ServletInputStream inputStream = req.getInputStream();
        inputStream.setReadListener(new ReadListener() {
    
    
            @Override
            public void onDataAvailable() throws IOException {
    
    

            }

            @Override
            public void onAllDataRead() throws IOException {
    
    
                //用线程池来执行耗时操作
                executor.execute(new Runnable() {
    
    

                    @Override
                    public void run() {
    
    

                        //在这里做耗时的操作
                        try {
    
    
                            asyncContext.getResponse().getWriter().println("Handling Async Servlet");
                        } catch (IOException e) {
    
    
                        }

                        //异步Servlet处理完了调用异步上下文的complete方法
                        asyncContext.complete();
                    }

                });
            }

            @Override
            public void onError(Throwable throwable) {
    
    

            }
        });
    }
}

参考：

https://time.geekbang.org/column/article/106935

https://blog.csdn.net/wangxindong11/article/details/78591396

https://www.cnblogs.com/davenkin/p/async-servlet.html