- [Spring Boot Async](#spring-boot-async)
  - [Spring Executor和Scheduler的自动配置](#spring-executor和scheduler的自动配置)
  - [Task Execution and Scheduling](#task-execution-and-scheduling)
    - [Task Execution Abstraction](#task-execution-abstraction)
    - [TaskExecutor接口的实现种类](#taskexecutor接口的实现种类)
    - [TaskExecutor的使用](#taskexecutor的使用)
  - [Spring TaskScheduler Abstraction](#spring-taskscheduler-abstraction)
    - [Trigger接口](#trigger接口)
    - [Trigger实现类](#trigger实现类)
    - [TaskScheduler实现类](#taskscheduler实现类)
  - [对任务调度和异步执行的注解支持](#对任务调度和异步执行的注解支持)
    - [启用Scheduling注解](#启用scheduling注解)
    - [@Scheduled注解](#scheduled注解)
    - [@Async注解](#async注解)
    - [@Async方法的异常处理](#async方法的异常处理)
    - [Cron表达式](#cron表达式)
      - [Macros（宏）](#macros宏)


# Spring Boot Async
## Spring Executor和Scheduler的自动配置
当当前上下文中没有Executor类型的bean对象时，spring boot会自动配置一个ThreadPoolTaskExecutor类型的bean对象，并且将该bean对象和异步task执行（@EnableAsync）和spring mvc异步请求处理关联在一起。  
该默认创建的ThreadPoolTaskExecutor默认使用8个核心线程，并且线程数量可以根据负载动态的增加或者减少。  
可以通过如下方式对ThreadPoolTaskExecutor进行配置：
```properties
# 该线程池最多含有16个线程
spring.task.execution.pool.max-size=16
# 有有界队列存放task，上限为100
spring.task.execution.pool.queue-capacity=100
# 当线程空闲10s（默认60s）时会进行回收
spring.task.execution.pool.keep-alive=10s
# 设置核心线程数量
spring.task.execution.pool.core-size=8
```
如果使用@EnableScheduling，一个ThreadPoolTaskScheduler也可以被配置。该线程池默认使用一个线程，但是也可以动态设置：
```properties
spring.task.scheduling.thread-name-prefix=scheduling-
spring.task.scheduling.pool.size=2
```
## Task Execution and Scheduling
Spring通过TaskExecutor和TaskScheduler接口为task的异步执行和调度提供了抽象。
### Task Execution Abstraction
Executor对应的是JDK中线程池的概念。在Spring中，TaskExecutor接口和java.util.concurrent.Executor接口相同，该接口中只有一个execute方法（execute(Runnable task))，接受一个task。
### TaskExecutor接口的实现种类
Spring中包含许多预制的TaskExecutor实现类，该实现类如下：
- SyncTaskExecutor:该实现类不会执行异步的调用，所有任务的执行都会发生在调用该executor的线程中。（通常使用在不需要多线程的场景）
- SimpleAsyncTaskExecutor：该实现类不会复用任何的线程，相反的，对于每次调用该executor，都会使用一个全新的线程。但是，该实现类的确支持对并发数量的限制，该executor会阻塞任何超过并发数量限制的调用，直到slot被释放为止。（SimpleAsyncTaskExecutor并不支持池化技术）
- ConcurrentTaskExecutor：该实现类是java.util.concurrent.Executor实例的adapter，其可以将java.util.concurrent.Executor实例的配置参数以bean properties的形式暴露。（当ThreadPoolTaskExecutor的灵活性无法满足需求时，可以使用ConcurrentTaskExecutor）
- ThreadPoolTaskExecutor：该实现类型是最广泛被使用的。该实现类可以通过bean properties来配置java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor实例，并且将该实例wrap在TaskExecutor实例中。当想要使用另一种java.util.concurrent.Executor时，可以使用ConcurrentTaskExecutor。
- DefaultManagedTaskExecutor：该实现使用了通过JNDI获取的ManagedExecutorService

### TaskExecutor的使用
在springboot中，当使用@EnableAsync时，可以通过配置ThreadPoolExecutor的bean properties来配置线程池的核心线程数和最大线程数等属性。
```properties
# 该线程池最多含有16个线程
spring.task.execution.pool.max-size=16
# 有有界队列存放task，上限为100
spring.task.execution.pool.queue-capacity=100
# 当线程空闲10s（默认60s）时会进行回收
spring.task.execution.pool.keep-alive=10s
# 设置核心线程数量
spring.task.execution.pool.core-size=8
```

## Spring TaskScheduler Abstraction
为了在特定的时间点执行task，Spring引入了TaskScheduler接口，接口定义如下：
```java
public interface TaskScheduler {

    ScheduledFuture schedule(Runnable task, Trigger trigger);

    ScheduledFuture schedule(Runnable task, Instant startTime);

    ScheduledFuture scheduleAtFixedRate(Runnable task, Instant startTime, Duration period);

    ScheduledFuture scheduleAtFixedRate(Runnable task, Duration period);

    ScheduledFuture scheduleWithFixedDelay(Runnable task, Instant startTime, Duration delay);

    ScheduledFuture scheduleWithFixedDelay(Runnable task, Duration delay);
```
> scheduleAtFixedRate和scheduleAtFixedDelay区别：
> - fixed rate：表示两个task执行开始时间的间隔
> - fixed delay：表示上一个task结束时间和下一个task开始时间的间隔
>   
> 实例如下：
> - fixed rate：TTWWWTTTWWT...(开始时间间隔为5)
> - fixed delay：TTWWWWWTTTTWWWWWTTTTTTTWWWWWT...(上次结束和下次开始之间的间隔为5)  
>
> **通常，TaskScheduler默认情况下是单线程执行的，故而fixed rate执行时，如果一个Task执行时间超过period时，在当前task执行完成之前，下一个task并不会开始执行。下一个task会等待当前task执行完成之后立马执行。**

### Trigger接口
Trigger接口的核心理念是下次执行事件由上次执行的结果决定。上次执行的结果存储在TriggerContext中。  
Trigger接口如下：
```java
public interface Trigger {

    Date nextExecutionTime(TriggerContext triggerContext);
}
```
TriggerContext接口如下：（其具有默认的实现类SimpleTriggerContext）
```java
public interface TriggerContext {

    Date lastScheduledExecutionTime();

    Date lastActualExecutionTime();

    Date lastCompletionTime();
}
```
### Trigger实现类
Spring为Trigger提供了两个实现类，其中CronTrigger允许task的调度按照cron expression来执行（类似linux中的crond）。
```java
scheduler.schedule(task, new CronTrigger("0 15 9-17 * * MON-FRI"));
```
Spring的另一个Trigger实现是PeriodicTrigger，其接受一个固定的period期间，一个可选的初始delay值，并接收一个boolean值标识该period是fixed-rate还是fixed-delay。
### TaskScheduler实现类
如果不需要外部的线程管理，可以使用spring提供的ThreadPoolTaskScheduler，其会将任务委托给ScheduledExecutorService来提供bean-properties形式的配置。

## 对任务调度和异步执行的注解支持
Spring同时对任务调度和异步方法的执行提供注解支持。
### 启用Scheduling注解
想要启用@Async和@Scheduled注解，必须将@EnableAsync注解和@EnableScheduling注解添加到一个@Configuration类上。  
```java
@Configuration
@EnableAsync
@EnableScheduling
public class AppConfig {
}
```
> **@Async注解的实现是通过proxy模式来实现的，故而如果在类内部调用位于同一个类中的@Async方法，那么代理拦截会失效，此时调用的@Async方法将会同步执行而非异步执行**

> @Async可以接收一个value值，用于指定目标的执行器（Executor或TaskExecutor的beanName）

### @Scheduled注解
在将@Scheduled注解标注到方法时，可以为其指定一个trigger的元数据，使用示例如下：
```java
@Scheduled(fixedDelay = 5000)
public void doSomething() {
    // something that should run periodically
}
```
> 默认情况下，fixedDelay、fixedRate、initialDelay的时间单位都是ms，可以指定timeUnit来指定其他的时间单位：
> ```java
> @Scheduled(fixedDelay = 5, timeUnit = TimeUnit.SECONDS)
> public void doSomething() {
>    // something that should run periodically
> }
> ```

可以为@Scheduled注解使用cron表达式
```java
@Scheduled(cron="*/5 * * * * MON-FRI")
public void doSomething() {
    // something that should run on weekdays only
}
```

### @Async注解
通过为方法指定@Async注解，可以让该方法异步执行，该方法的执行通过TaskExecutor。
```java
@Async
void doSomething() {
    // this will be run asynchronously
}
```
可以为@Async标注的方法指定参数和返回值，但是异步方法的返回值只能为void或是Future类型。  
在该异步方法的调用方调用返回Future实例的get方法之前，调用方仍然能够执行其他操作，异步方法的执行位于TaskExecutor的线程中。
```java
@Async
Future<String> returnSomething(int i) {
    // this will be run asynchronously
}
```
不能将@Async注解和生命周期回调（例如@PostConstruct）进行混用，如果想要异步的初始化bean对象，需要按照如下方法：
```java
public class SampleBeanImpl implements SampleBean {

    @Async
    void doSomething() {
        // ...
    }

}

public class SampleBeanInitializer {

    private final SampleBean bean;

    public SampleBeanInitializer(SampleBean bean) {
        this.bean = bean;
    }

    @PostConstruct
    public void initialize() {
        bean.doSomething();
    }

}
```
### @Async方法的异常处理
当@Async方法的返回类型是Future类型时，处理async方法执行时抛出的异常非常简单，当在Future对象上调用get方法时异常会被抛出。**但当@Async方法的返回类型是void时，执行时抛出的异常既无法被捕获也无法被传输。可以指定一个AsyncUncaughtExceptionHandler来处理此类异常。**
```java
public class MyAsyncUncaughtExceptionHandler implements AsyncUncaughtExceptionHandler {

    @Override
    public void handleUncaughtException(Throwable ex, Method method, Object... params) {
        // handle exception
    }
}
```
### Cron表达式
在Spring中，cron表达式格式如下：  
\* \* \* \* \* \*  
其代表为（s,min,hour,day of month/\*(1~31)\*/,month/\*(1~12)\*/,day of week/\*(0~7,0 or 7 is sun)\*/)  
> 规则如下：
> - 所有字段都可以用（*）来匹配所有值
> - 逗号（，）可以用来分隔同一字段中多个值
> - 分号（-）可以用来指定范围，指定的范围左右都包含，eg，1-5代表[1,5]
> - 在范围（或是*）后跟随下划线（/）代表间隔，如在分钟字段指定*/20，代表该小时内每过20min
> - 对于月份或者day of week，可以使用英文名的前三个字母来代替，大小写不敏感
> - 在day of month或day of week字段中可以包含L字母
>   - 在day of month字段，L代表该月的最后一天，在该字段还可以为L指定一个负的偏移量，如L-n代表该月的倒数第n+1天
>   - 在day of week字段，L代表该周的最后一天，L前还可以前缀月份的数字或是月份的前三个字母（dL或DDDL，如7L或sunL，代表该月份的最后一个星期日),代该月份的最后一个day of week
> - day of month字段可以指定为nW，代表离day of month为n最近的一个工作日，如果n为周六，则该该字段代表的值为周五的day of month，如果n为周六，则该字段代表下周一的day of month（如果n为1其位于周六，其也代表下周一的day of month，1W代表该月的第一个工作日）
> - 如果day of month的值为LW，则代表该月的最后一个工作日
> - day of week字段还能指定为d#n或DDD#n的形式，代表该月的的第几个d in week（例如SUN#2，代表当前月的第二个星期日）

#### Macros（宏）
Cron表达式可读性不太好，可以使用如下预定义的宏：
| Macro | meaning |
|:-:|:-:|
| @yearly (or @annually) | once a year (0 0 0 1 1 *) |
| @monthly | once a month (0 0 0 1 * *) |
| @weekly | once a week (0 0 0 * * 0) |
| @daily (or @midnight) | once a day (0 0 0 * * *), or |
| @hourly | once an hour, (0 0 * * * *) |