異步任務(wù)處理在復(fù)雜Web應(yīng)用中的研究設(shè)計(jì)

在Web應(yīng)用中，某些功能的實(shí)現(xiàn)邏輯很復(fù)雜、執(zhí)行比較耗時(shí)［1］，例如涉及外部系統(tǒng)調(diào)用、多數(shù)據(jù)源等；此時(shí)，希望可以讓這些復(fù)雜的業(yè)務(wù)邏輯放在后臺(tái)執(zhí)行，而前臺(tái)與用戶的交互可以不用等待，從而提高用戶體驗(yàn)；或者需要以一定時(shí)間間隔重復(fù)運(yùn)行任務(wù)、或在每天的指定時(shí)間運(yùn)行任務(wù)的情況。為此，需要控制大型任務(wù)對服務(wù)器資源的消耗，降低Web服務(wù)器的并發(fā)連接數(shù)目，這就需要將大型任務(wù)的提交和執(zhí)行分開，使服務(wù)器接受任務(wù)后立即斷開與客戶端的連接，減少服務(wù)器的并發(fā)連接數(shù)，而任務(wù)則推遲到服務(wù)器資源許可時(shí)執(zhí)行，以抑制服務(wù)器資源的峰值消耗。
　　為盡量減少耗時(shí)操作對執(zhí)行的影響，本文提出了異步任務(wù)的處理，使用多線程來管理耗時(shí)任務(wù)，作為后臺(tái)進(jìn)程執(zhí)行；同時(shí)把任務(wù)信息都持久化在數(shù)據(jù)庫中，保證了異步任務(wù)處理的靈活性、可靠性。
　　1 多線程
　　1.1線程池
　　一個(gè)線程是程序中的一條執(zhí)行流，是操作系統(tǒng)分配處理器的基本單位。并發(fā)是程序中多條執(zhí)行流的同時(shí)推進(jìn)，多任務(wù)并發(fā)對應(yīng)多線程并發(fā)［2］。
　　但是為每個(gè)任務(wù)創(chuàng)建一個(gè)線程，當(dāng)任務(wù)完成時(shí)撤消對應(yīng)的線程存在明顯的缺陷。線程的創(chuàng)建需要一定的時(shí)間，給任務(wù)請求的響應(yīng)帶來延遲，線程的創(chuàng)建和撤消也給操作系統(tǒng)帶來額外的管理負(fù)擔(dān)，若頻繁“創(chuàng)建和撤消”，則將明顯增加系統(tǒng)的額外開銷。為有效降低線程重復(fù)創(chuàng)建和撤銷方面的開支可以采用線程池技術(shù)。
　　線程池技術(shù)提供了一種較好的解決方案［3］：系統(tǒng)維護(hù)由若干個(gè)線程組成的線程池。當(dāng)有任務(wù)請求到達(dá)時(shí)，由池中的一個(gè)線程為之運(yùn)行，在任務(wù)完成后不是將該線程撤消而是將其歸還線程池，使之能夠?yàn)楹罄m(xù)到達(dá)的任務(wù)服務(wù)；若線程池中沒有空閑的線程，則任務(wù)進(jìn)入等待狀態(tài)直到有空閑的線程。
　　1.2 Java中的線程池實(shí)現(xiàn)機(jī)制
　　Java在語言級實(shí)現(xiàn)了功能豐富的多線程編程機(jī)制［4］，對線程池的建立和維護(hù)提供了強(qiáng)大的支持。特別在JDK1.5及以后的版本中，任務(wù)執(zhí)行抽象的首選不再是Thread，而是Executor。Executor雖是一個(gè)簡單的接口，但它提供了異步任務(wù)執(zhí)行框架并支持多種不同類型的任務(wù)執(zhí)行策略，ExecutorService接口和ScheduledExecutorService接口對Executor進(jìn)行了擴(kuò)展，添加了管理線程執(zhí)行和調(diào)度線程池的若干方法。通過Executors工具類提供的靜態(tài)工廠方法可以創(chuàng)建符合特定需求的基于線程池執(zhí)行框架。
　　newChachedThreadPool（）方法用于創(chuàng)建可緩存線程池的執(zhí)行框架。當(dāng)新的請求任務(wù)到達(dá)時(shí)，執(zhí)行框架將盡可能地重用池中的空閑線程，若此時(shí)池中沒有空閑線程，則添加新線程，這個(gè)方法對池的大小沒有限制。另一方面，該執(zhí)行框架能夠自動(dòng)回收空閑時(shí)間超過60 s的線程，以合理使用系統(tǒng)資源。對于執(zhí)行大量短異步任務(wù)的程序而言，這種方式的線程池通常可提高性能。
　　newFixedThreadPool（int nThreads）方法建立的執(zhí)行框架中的線程池具有固定數(shù)量的線程。每提交一個(gè)任務(wù)它就創(chuàng)建一個(gè)線程，直到達(dá)到池的限定值nThreads，線程池的長度不再變化，新到達(dá)的任務(wù)在一個(gè)遵循先來先服務(wù)（FIFS）規(guī)則的無界隊(duì)列中等待執(zhí)行。
　　newScheduledThreadPool（int nThreads）方法建立的執(zhí)行框架中的線程池也是定長的，它支持定時(shí)的以及周期性的任務(wù)的執(zhí)行。
　　這些工廠方法返回的Executor 都是ThreadPoolExecutor（）類的常用實(shí)例，能滿足大部分線程池的應(yīng)用需求。
　　2 設(shè)計(jì)思路
　　為保證異步任務(wù)處理的靈活性和可靠性，本文設(shè)計(jì)的思路為：任務(wù)持久化+Java線程池+任務(wù)調(diào)度。
　　2.1 任務(wù)持久化
　　將待處理的任務(wù)信息保存在可信任的數(shù)據(jù)庫中，同時(shí)要確保當(dāng)任務(wù)處理服務(wù)器出問題后這些未執(zhí)行成功、或未開始執(zhí)行的任務(wù)不會(huì)被丟失。
　　2.2 任務(wù)調(diào)度
　　當(dāng)任務(wù)信息都持久化在數(shù)據(jù)庫中之后，需要將這些信息讀取出來執(zhí)行具體的業(yè)務(wù)邏輯操作，本文通過ScheduledExecutorService來實(shí)現(xiàn)對任務(wù)的循環(huán)調(diào)度，例如可采取每隔2 min掃描一次待處理任務(wù)列表，若有記錄則提取出來執(zhí)行。
　　3 具體實(shí)現(xiàn)
　　異步任務(wù)處理中各組成部分在運(yùn)行過程中的調(diào)用關(guān)系如圖1。
　　
　　當(dāng)客戶端訪問服務(wù)器時(shí)，有耗時(shí)操作的任務(wù)，則把該任務(wù)放入數(shù)據(jù)庫中。服務(wù)器每隔一段時(shí)間輪詢存放待處理任務(wù)的表，若表中有任務(wù)，則任務(wù)調(diào)度線程池采用多線程機(jī)制來執(zhí)行該任務(wù)。任務(wù)執(zhí)行成功后，刪除待處理任務(wù)表中的該任務(wù)信息，否則把該任務(wù)信息更新到任務(wù)失敗表，進(jìn)行人工干預(yù)。
　　3.1 任務(wù)數(shù)據(jù)表
　　建兩張表，一張task表，用來存放待處理的任務(wù)；一張task_fail表用來存放失敗的任務(wù)。兩張表的結(jié)構(gòu)一樣，結(jié)構(gòu)如表1所示。
　　
　　task表主要用來保存所有待處理的任務(wù)，每條任務(wù)信息屬于一種任務(wù)類型，由task_handle字段標(biāo)識(shí)，任務(wù)類型值為該類型任務(wù)的具體實(shí)現(xiàn)類名。task_params 字段提供了執(zhí)行該任務(wù)需要的所有參數(shù)，為字符串，需要在具體任務(wù)實(shí)現(xiàn)類中解析。handle_time字段提供了任務(wù)待執(zhí)行的日期。