Spring 源码阅读 75：@EnableAsync 分析

基于 Spring Framework v5.2.6.RELEASE

概述

Spring 终有一种非常简便的方法使 Bean 中的一个方法变成异步执行的方法，那就是在方法上标记 @Async 注解，想要开启这一特性，需要在一个配置类上标记 @EnableAsync 注解。

本文将通过源码分析 @EnableAsync 注解是如何开启这一特性的。

@EnableAsync 分析

@EnableAsync 注解的源码如下。

@Target(ElementType.TYPE)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
@Documented
@Import(AsyncConfigurationSelector.class)
public @interface EnableAsync {

Class<? extends Annotation> annotation() default Annotation.class;

boolean proxyTargetClass() default false;

AdviceMode mode() default AdviceMode.PROXY;

int order() default Ordered.LOWEST_PRECEDENCE;

}

注解的每一个属性都指定了默认值，后续的分析也会基于默认的属性值进行分析。除此之外，注解上的 @Import 元注解引入了 AsyncConfigurationSelector 类。

从它的类关系中可以看出，AsyncConfigurationSelector 实现了 ImportSelector 接口，因此，当 Spring 扫描到配置类后，会执行它的 selectImports 方法，获取一个包含配置类名称的数组，用于加载对应的配置。

AsyncConfigurationSelector 虽然也包含了selectImports方法，但是从参数类型中可以看出它不是接口中的selectImports方法的实现方法，要找到接口中的实现方法，我们需要去 AsyncConfigurationSelector 的父类 AdviceModeImportSelector 中。

@Override
public final String[] selectImports(AnnotationMetadata importingClassMetadata) {
   Class<?> annType = GenericTypeResolver.resolveTypeArgument(getClass(), AdviceModeImportSelector.class);
   Assert.state(annType != null, "Unresolvable type argument for AdviceModeImportSelector");

   AnnotationAttributes attributes = AnnotationConfigUtils.attributesFor(importingClassMetadata, annType);
   if (attributes == null) {
      throw new IllegalArgumentException(String.format(
            "@%s is not present on importing class '%s' as expected",
            annType.getSimpleName(), importingClassMetadata.getClassName()));
   }

   AdviceMode adviceMode = attributes.getEnum(getAdviceModeAttributeName());
   String[] imports = selectImports(adviceMode);
   if (imports == null) {
      throw new IllegalArgumentException("Unknown AdviceMode: " + adviceMode);
   }
   return imports;
}

这个方法中，主要是从 @EnableAsync 注解获取各项属性的值，然后使用adviceMode属性，调用另一个selectImports方法获取最终的结果。

此处被调用的selectImports方法，就是 AsyncConfigurationSelector 中的 selectImports 方法。

@Override
@Nullable
public String[] selectImports(AdviceMode adviceMode) {
   switch (adviceMode) {
      case PROXY:
         return new String[] {ProxyAsyncConfiguration.class.getName()};
      case ASPECTJ:
         return new String[] {ASYNC_EXECUTION_ASPECT_CONFIGURATION_CLASS_NAME};
      default:
         return null;
   }
}

在 @EnableAsync 注解中，mode的默认值是AdviceMode.PROXY，因此，这里引入的配置类是 ProxyAsyncConfiguration。

接下来分析 ProxyAsyncConfiguration 类。

ProxyAsyncConfiguration 分析

@Configuration
@Role(BeanDefinition.ROLE_INFRASTRUCTURE)
public class ProxyAsyncConfiguration extends AbstractAsyncConfiguration {

   @Bean(name = TaskManagementConfigUtils.ASYNC_ANNOTATION_PROCESSOR_BEAN_NAME)
   @Role(BeanDefinition.ROLE_INFRASTRUCTURE)
   public AsyncAnnotationBeanPostProcessor asyncAdvisor() {
      Assert.notNull(this.enableAsync, "@EnableAsync annotation metadata was not injected");
      AsyncAnnotationBeanPostProcessor bpp = new AsyncAnnotationBeanPostProcessor();
      bpp.configure(this.executor, this.exceptionHandler);
      Class<? extends Annotation> customAsyncAnnotation = this.enableAsync.getClass("annotation");
      if (customAsyncAnnotation != AnnotationUtils.getDefaultValue(EnableAsync.class, "annotation")) {
         bpp.setAsyncAnnotationType(customAsyncAnnotation);
      }
      bpp.setProxyTargetClass(this.enableAsync.getBoolean("proxyTargetClass"));
      bpp.setOrder(this.enableAsync.<Integer>getNumber("order"));
      return bpp;
   }

}

在 ProxyAsyncConfiguration 中，只有一个 Bean 配置，类型是 AsyncAnnotationBeanPostProcessor，由此可以知道，@EnableAsync 所开启的功能，是通过 Bean 的后处理器来实现的。

上述的方法体中，通过构造方法创建了 AsyncAnnotationBeanPostProcessor 对象。

public AsyncAnnotationBeanPostProcessor() {
   setBeforeExistingAdvisors(true);
}

构造方法中设置了一个属性值，这个属性是是beforeExistingAdvisors，定义在父类 AbstractAdvisingBeanPostProcessor 中，这个属性的默认值是false，当它的值为true时，会将新的增强逻辑添加到增强逻辑列表的开头而不是最后。

也就是说，@EnableAsync 提供的异步执行特性，是基于 AOP 特性来实现的。

接着往下看，在创建了 AsyncAnnotationBeanPostProcessor 对象之后，为其配置了一些属性，有一些属性的值是从 @EnableAsync 属性值获取的，还有两个属性值需要留意，就是this.executor和this.exceptionHandler，这两个成员变量的值是从哪儿来的呢？

我们可以找到 ProxyAsyncConfiguration 的父类 AbstractAsyncConfiguration，其中有一个标记了 @Autowired 注解的方法。

// org.springframework.scheduling.annotation.AbstractAsyncConfiguration#setConfigurers
@Autowired(required = false)
void setConfigurers(Collection<AsyncConfigurer> configurers) {
   if (CollectionUtils.isEmpty(configurers)) {
      return;
   }
   if (configurers.size() > 1) {
      throw new IllegalStateException("Only one AsyncConfigurer may exist");
   }
   AsyncConfigurer configurer = configurers.iterator().next();
   this.executor = configurer::getAsyncExecutor;
   this.exceptionHandler = configurer::getAsyncUncaughtExceptionHandler;
}

如果我们自己配置了线程池和异常处理器，则会在这里执行配置，这样，我们配置的线程池和异常处理器就会被添加到 AsyncAnnotationBeanPostProcessor 中。

接下来，我们再分析 AsyncAnnotationBeanPostProcessor 后处理器是如何工作的。

AsyncAnnotationBeanPostProcessor 分析

从它的类继承关系中可以看出，它是一个基于 AOP 特性来为 Bean 中的方法提供异步执行功能的 Bean 后处理器。

AsyncAnnotationBeanPostProcessor 同时实现了 BeanFactoryAware 接口，在它的setBeanFactory方法中，完成了 Advisor 的创建。

@Override
public void setBeanFactory(BeanFactory beanFactory) {
   super.setBeanFactory(beanFactory);

   AsyncAnnotationAdvisor advisor = new AsyncAnnotationAdvisor(this.executor, this.exceptionHandler);
   if (this.asyncAnnotationType != null) {
      advisor.setAsyncAnnotationType(this.asyncAnnotationType);
   }
   advisor.setBeanFactory(beanFactory);
   this.advisor = advisor;
}

这里创建的 Advisor 类型是 AsyncAnnotationAdvisor，创建完之后，它被复制给了advisor成员变量，这个成员变量定义在 AsyncAnnotationBeanPostProcessor 的父类 AbstractBeanFactoryAwareAdvisingPostProcessor 中。这个advisor成员变量就是处理增强逻辑的对象。

AsyncAnnotationAdvisor 分析

关于 Spring 是如何在后处理器中为 Bean 创建代理对象以及如何向代理对象中加入增强逻辑的，我之前的文章有很详细的分析，可以阅读之前关于 AOP 原理的分析文章来了解。下面我们直接分析 AsyncAnnotationAdvisor，它是完成方法异步执行的核心。

一个 Advisor 通常有两个非常重要的部分，一个是 Pointcut，用于匹配需要增强的方法，另一个是 Advice 也就是具体的增强逻辑。对于 AsyncAnnotationAdvisor 来说，这两个部分都是在它的构造方法中构建的。

public AsyncAnnotationAdvisor(
      @Nullable Supplier<Executor> executor, @Nullable Supplier<AsyncUncaughtExceptionHandler> exceptionHandler) {

   Set<Class<? extends Annotation>> asyncAnnotationTypes = new LinkedHashSet<>(2);
   asyncAnnotationTypes.add(Async.class);
   try {
      asyncAnnotationTypes.add((Class<? extends Annotation>)
            ClassUtils.forName("javax.ejb.Asynchronous", AsyncAnnotationAdvisor.class.getClassLoader()));
   }
   catch (ClassNotFoundException ex) {
      // If EJB 3.1 API not present, simply ignore.
   }
   this.advice = buildAdvice(executor, exceptionHandler);
   this.pointcut = buildPointcut(asyncAnnotationTypes);
}

其中可以看到两行关键的代码，他们分别完成了advice和pointcut成员变量的构建。

this.advice = buildAdvice(executor, exceptionHandler);
this.pointcut = buildPointcut(asyncAnnotationTypes);

下面分别来看这两部分。

Advice 构建

先看buildAdvice方法。

// org.springframework.scheduling.annotation.AsyncAnnotationAdvisor#buildAdvice
protected Advice buildAdvice(
      @Nullable Supplier<Executor> executor, @Nullable Supplier<AsyncUncaughtExceptionHandler> exceptionHandler) {

   AnnotationAsyncExecutionInterceptor interceptor = new AnnotationAsyncExecutionInterceptor(null);
   interceptor.configure(executor, exceptionHandler);
   return interceptor;
}

Advice 的构建比较简单，这里可以看到，最终构建的 Advice 是一个 AnnotationAsyncExecutionInterceptor 类型的拦截器，除了调用构造方法创建之外，还配置了executor和exceptionHandler，这个拦截器应该就是完成 AOP 增强逻辑的拦截器，我们放到后文中分析。

Pointcut 构建

下面再看buildPointcut方法。

// org.springframework.scheduling.annotation.AsyncAnnotationAdvisor#buildPointcut
protected Pointcut buildPointcut(Set<Class<? extends Annotation>> asyncAnnotationTypes) {
   ComposablePointcut result = null;
   for (Class<? extends Annotation> asyncAnnotationType : asyncAnnotationTypes) {
      Pointcut cpc = new AnnotationMatchingPointcut(asyncAnnotationType, true);
      Pointcut mpc = new AnnotationMatchingPointcut(null, asyncAnnotationType, true);
      if (result == null) {
         result = new ComposablePointcut(cpc);
      }
      else {
         result.union(cpc);
      }
      result = result.union(mpc);
   }
   return (result != null ? result : Pointcut.TRUE);
}

这个方法的逻辑比较简单，首先创建了两个 Pointcut 对象，cpc用于匹配类型，mpc用于匹配方法，他们的逻辑都很简单，就是看类或者方法的定义是否包含 @Async 注解。

最后再将两者合并为一个 ComposablePointcut 对象返回，ComposablePointcut 的作用就是将多个 Pointcut 对象合并成一个。

AnnotationAsyncExecutionInterceptor 分析

了解完上面的内容，接下来就开始分析 AnnotationAsyncExecutionInterceptor 拦截器。它是一个包含 AOP 增强逻辑的拦截器，也是完成方法异步调用的核心逻辑。

AnnotationAsyncExecutionInterceptor 要完成它的任务，有两个比较核心的功能，一个是目标方法的匹配，另一个就是拦截器的逻辑。目标方法的匹配逻辑，我们在上文中已经介绍过了，以下主要分析其拦截器逻辑，也就是它的invoke方法。

以上是 AnnotationAsyncExecutionInterceptor 的类关系图，它实现了 MethodInterceptor 接口，invoke方法的实现在父类 AsyncExecutionInterceptor 中。

// org.springframework.aop.interceptor.AsyncExecutionInterceptor#invoke
@Override
@Nullable
public Object invoke(final MethodInvocation invocation) throws Throwable {
   Class<?> targetClass = (invocation.getThis() != null ? AopUtils.getTargetClass(invocation.getThis()) : null);
   Method specificMethod = ClassUtils.getMostSpecificMethod(invocation.getMethod(), targetClass);
   final Method userDeclaredMethod = BridgeMethodResolver.findBridgedMethod(specificMethod);

   AsyncTaskExecutor executor = determineAsyncExecutor(userDeclaredMethod);
   if (executor == null) {
      throw new IllegalStateException(
            "No executor specified and no default executor set on AsyncExecutionInterceptor either");
   }

   Callable<Object> task = () -> {
      try {
         Object result = invocation.proceed();
         if (result instanceof Future) {
            return ((Future<?>) result).get();
         }
      }
      catch (ExecutionException ex) {
         handleError(ex.getCause(), userDeclaredMethod, invocation.getArguments());
      }
      catch (Throwable ex) {
         handleError(ex, userDeclaredMethod, invocation.getArguments());
      }
      return null;
   };

   return doSubmit(task, executor, invocation.getMethod().getReturnType());
}

从上面的源码中可以看到三个关键的步骤：

1. 找到目标方法，并根据目标方法获取到执行它的 AsyncTaskExecutor。

2. 将目标方法的调用，封装到一个 Callable 异步任务task当中。

3. 通过doSubmit方法来异步调用上一步封装的task。

下面我们详细分析这三个步骤。

AsyncTaskExecutor 查找

AsyncTaskExecutor 在determineAsyncExecutor方法中完成。

@Nullable
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;
}

首先会从executors中根据方法获取对应的 AsyncTaskExecutor，executors是一个用来缓存 Executor 的成员变量。

private final Map<Method, AsyncTaskExecutor> executors = new ConcurrentHashMap<>(16);

当第一次进入这个方法的时候，executors肯定是空的，因此会进入if语句的逻辑获取 Executor 然后再将其添加到executors中。在if语句中，首先会通过getExecutorQualifier方法获取一个qualifier，我们进入方法查看获取的过程。

// org.springframework.scheduling.annotation.AnnotationAsyncExecutionInterceptor#getExecutorQualifier
@Override
@Nullable
protected String getExecutorQualifier(Method method) {
   // Maintainer's note: changes made here should also be made in
   // AnnotationAsyncExecutionAspect#getExecutorQualifier
   Async async = AnnotatedElementUtils.findMergedAnnotation(method, Async.class);
   if (async == null) {
      async = AnnotatedElementUtils.findMergedAnnotation(method.getDeclaringClass(), Async.class);
   }
   return (async != null ? async.value() : null);
}

这个方法会从目标方法或者其所在的类型上的 @Async 注解的value属性，作为方法的返回值复制给qualifier。这个qualifier的值是一个 Executor 的 Bean 名称，也就是说，我们可以通过 @Async 的value属性指定执行异步任务的 Executor 的 Bean 名称。

如果qualifier不是空的，那么，就会通过findQualifiedExecutor方法从 Spring 容器中获取对应的 Executor 实例。

// org.springframework.aop.interceptor.AsyncExecutionAspectSupport#findQualifiedExecutor
@Nullable
protected Executor findQualifiedExecutor(@Nullable BeanFactory beanFactory, String qualifier) {
   if (beanFactory == null) {
      throw new IllegalStateException("BeanFactory must be set on " + getClass().getSimpleName() +
            " to access qualified executor '" + qualifier + "'");
   }
   return BeanFactoryAnnotationUtils.qualifiedBeanOfType(beanFactory, Executor.class, qualifier);
}

如果qualifier是空的，那么就会通过this.defaultExecutor.get()获取默认的 Executor，那么，默认的 Executor 是什么呢？我们需要在去 AsyncAnnotationAdvisor 的buildAdvice方法中，回顾一下 AnnotationAsyncExecutionInterceptor 创建的过程。

AnnotationAsyncExecutionInterceptor interceptor = new AnnotationAsyncExecutionInterceptor(null);

以上是 AnnotationAsyncExecutionInterceptor 创建的语句，从这里找到对应的构造方法。

public AnnotationAsyncExecutionInterceptor(@Nullable Executor defaultExecutor) {
   super(defaultExecutor);
}

构造方法需要提供一个默认的 Executor，也就是defaultExecutor参数，这里提供了null，不过我们可以继续查看父类的构造方法。

public AsyncExecutionAspectSupport(@Nullable Executor defaultExecutor) {
   this.defaultExecutor = new SingletonSupplier<>(defaultExecutor, () -> getDefaultExecutor(this.beanFactory));
   this.exceptionHandler = SingletonSupplier.of(SimpleAsyncUncaughtExceptionHandler::new);
}

在被调用的 AsyncExecutionAspectSupport 的构造方法中，通过getDefaultExecutor方法，提供了默认的 Executor。

// org.springframework.aop.interceptor.AsyncExecutionInterceptor#getDefaultExecutor
@Override
@Nullable
protected Executor getDefaultExecutor(@Nullable BeanFactory beanFactory) {
   Executor defaultExecutor = super.getDefaultExecutor(beanFactory);
   return (defaultExecutor != null ? defaultExecutor : new SimpleAsyncTaskExecutor());
}

这里看到，默认的 Executor 是一个 SimpleAsyncTaskExecutor，也就是说，如果我们没有在项目中配置线程池，则默认使用 SimpleAsyncTaskExecutor 来执行异步任务。

Callable 任务封装

得到 Executor 之后，就是任务的封装，这一步很简单，就是将目标方法的调用放到一个 Callable 类型的任务的call方法中。

doSubmit 异步执行方法

最后一步就是任务的提交，通过doSubmit方法完成。

// org.springframework.aop.interceptor.AsyncExecutionAspectSupport#doSubmit
@Nullable
protected Object doSubmit(Callable<Object> task, AsyncTaskExecutor executor, Class<?> returnType) {
   if (CompletableFuture.class.isAssignableFrom(returnType)) {
      return CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
         try {
            return task.call();
         }
         catch (Throwable ex) {
            throw new CompletionException(ex);
         }
      }, executor);
   }
   else if (ListenableFuture.class.isAssignableFrom(returnType)) {
      return ((AsyncListenableTaskExecutor) executor).submitListenable(task);
   }
   else if (Future.class.isAssignableFrom(returnType)) {
      return executor.submit(task);
   }
   else {
      executor.submit(task);
      return null;
   }
}

其实就是调用了 Executor 的submit异步执行了任务。

不过这里有一点要说明，虽然在我们没有配置 Excutor 的情况下 ，Spring 会使用默认的 SimpleAsyncTaskExecutor 来执行异步任务，但是 SimpleAsyncTaskExecutor 会为每一个任务创建一个新的线程，而不是使用线程池来完成，很容易导致内存溢出，因此，在实践中最好为异步任务配置合适的线程池。

总结

本文以 @EnableAsync 作为切入点，分析了 Spring 开启基于注解的异步任务特性的原理。

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