异步servlet的原理探究

异步servlet是servlet3.0开始支持的，对于单次访问来讲，同步的servlet相比异步的servlet在响应时长上并不会带来变化(这也是常见的误区之一)，但对于高并发的服务而言异步servlet能增加服务端的吞吐量。本篇来从源码角度上来探究为何说异步servlet能增加服务端的吞吐量的？

首先来个简单的异步servlet的demo



@WebServlet(

    name = "asynchelloServlet",

    urlPatterns = {"/asynchello"},

    asyncSupported = true

)

public class AsyncHelloServlet extends HttpServlet {

    private static final ThreadPoolExecutor executor;

    protected void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws ServletException, IOException {

        AsyncContext ctx = req.startAsync();

        executor.execute(() -> {

            System.out.println("AsyncHello Start->" + LocalDateTime.now());

            try {

                PrintWriter writer = ctx.getResponse().getWriter();

                writer.write("asyncHelloWorld");

            } catch (IOException var2) {

                var2.printStackTrace();

            }

            ctx.complete();

            System.out.println("AsyncHello End->" + LocalDateTime.now());

        });

    }

    static {

        executor = new ThreadPoolExecutor(10, 20, 5000L, TimeUnit.MILLISECONDS, new ArrayBlockingQueue(100));

    }

}

上面的代码写异步servlet的写法最关键的就是

AsyncContext ctx = req.startAsync()
ctx.complete()

我们先讲讲下当逻辑进入servlet之前，tomcat经历了哪些步骤：

tcp三次握手后
Acceptor线程处理 socket accept
Acceptor线程处理注册registered OP_READ到多路复用器
ClientPoller线程监听多路复用器的事件(OP_READ)触发
从tomcat的work线程池取一个工作线程来处理socket[http-nio-8080-exec-xx]，下面几个步骤也都是在work线程中进行处理的
因为是http协议所以用Http11Processor来解析协议
CoyoteAdapter来适配包装成Request和Response对象
开始走pipeline管道(Valve),最后一个invoke的是把我们的servlet对象包装的StandardWrapperValve管道

接下来就走到我们的servlet，由于是我们是异步的servlet，

1. req.startAsync()

   @Override

    public AsyncContext startAsync(ServletRequest request,

            ServletResponse response) {

        if (!isAsyncSupported()) {

            IllegalStateException ise =

                    new IllegalStateException(sm.getString("request.asyncNotSupported"));

            log.warn(sm.getString("coyoteRequest.noAsync",

                    StringUtils.join(getNonAsyncClassNames())), ise);

            throw ise;

        }

        if (asyncContext == null) {

            asyncContext = new AsyncContextImpl(this);

        }

        //修改状态机

        asyncContext.setStarted(getContext(), request, response,

                request==getRequest() && response==getResponse().getResponse());

        asyncContext.setTimeout(getConnector().getAsyncTimeout());

        return asyncContext;

    }

从这里开始有2个线程我们要特别关注它们分别做了哪些事情：

tomcat的work线程
我们自定义的业务线程

当在tomcat的work线程中调用startAsync(),会创建了一个异步的上下文(AsyncContext)，并且异步的上下文(AsyncContext)会设置这个状态机状态为 STARTING，然后把这个异步上下文放到了我们的自定义线程池中去执行，

对于异步的servlet，有一个专门的状态机来控制：AsyncMachine，如下图

那状态机的扭转控制肯定也做针对异步做了什么特殊处理

这里是一个Socket状态的切换的处理逻辑，在异步servlet的时候是通过AsyncMachined的状态来连动Socket状态

如上图异步状态机的切换过程为：

DISPATCHED(初始)->STARTING->STARTED->COMPLETING

Socket的状态的切换为：LONG

对于tomcat的work线程而言，servlet调用就结束了！正常来说，如果是同步servlet的话，request和response会在servlet执行完成后由tomcat释放掉！

异步的话在这个时机request和response肯定不能释放掉，释放那不就没得完了！

虽然Request和Response没有释放，但是这根work线程回到tomcat的线程池中去了(非核心线程的话那就释放)。

2. ctx.complete()

回到我们的业务线程，处理完业务逻辑后，调用ctx.complete()



@Override

public void complete() {

    if (log.isDebugEnabled()) {

        logDebug("complete   ");

    }

    check();

    //更改异步状态机

    request.getCoyoteRequest().action(ActionCode.ASYNC_COMPLETE, null);

}

注意：COMPLETING是在我们的自定义的业务线程改变的！

修改状态会触发新开一个tomcat工作线程

异步状态状态切换：

COMPLETING->DISPATCHED

Socket状态切换为ASYNC_END

如下图，一次异步的完整过程如下图：

总结

研究了整个如何异步的过程，虽然这个状态机的切换挺绕的，会发现在异步servlet中，最大的改变是为了尽快的释放tomcat的work线程，让它有机会请求新accept过来的请求，接受更多的请求，当在自定义线程池中处理好业务逻辑后，在去启动新的tomcat的work线程来处理response，这样不就很好理解了为什么说异步servlet能增加服务端的吞吐量了对吧！

思考：

SpringBoot的@EnableAsync背后是异步servlet吗？
servlet 3.1的non-blocking I/O 解决了3.0的什么问题？

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