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系统问题分析

问题场景：调用的服务能力有限，或者接口的处理（或返回）时长较长时，就应该考虑异步化了

什么是异步化？

不用等一件事做完，就可以做另外一件事，等第一件事完成时，可以收到一个通知

业务流程分析

标准异步化的业务流程

1. 当用户要进行耗时很长的操作时，点击提交后，不需要在界面空等，而是应该把这个任务保存到数据库中记录下来
2. 用户要执行新任务时：
   a. 任务提交成功：
   ⅰ. 若程序存在空闲线程，可以立即执行此任务
   ⅱ. 若所有线程均繁忙，任务将入队列等待处理
   b. 任务提交失败：比如所有线程都在忙碌且任务队列满了
   ⅰ.选择拒绝此任务，不再执行
   ⅱ.通过查阅数据库记录，发现提交失败的任务，并在程序空闲时将这些任务取出执行
3. 程序（线程）从任务队列中取出任务依次执行，每完成一项任务，就更新任务状态。
4. 用户可以查询任务的执行状态，或者在任务执行成功或失败时接收通知(例如：发邮件、系统消息提示或短信)，从而优化体验
5. 对于复杂且包含多个环节的任务，在每个小任务完成时，要在程序(数据库中）)记录任务的执行状态(进度)。

系统业务流程

1. 用户点击智能分析页提交按钮时，先把图表立刻保存到数据库中（作为一个任务）
2. 用户可以在图表管理查看所有图表（已生成的，生成中的，生成失败的）的信息和状态
3. 用户可以修改生成失败的图表信息，点击重新生成，以尝试再次创建图表
   

问题分析？

1. 任务队列的最大容量应该设置为多少
2. 程序怎么从任务队列中取出任务去执行？这个任务队列的流程怎么实现？怎么保证程序最多同时执行多少个任务？

线程池实现

线程池

为什么需要线程池？

1. 线程的管理比较复杂
2. 任务存取比较复杂
3. 线程池可以帮你轻松管理线程，协调任务的执行过程

线程池两种实现方式

1. Spring中，可以用ThreadPoolTaskExrcutor配合@Async注解来实现（不推荐）
2. 在Java中，可以使用JUC并发编程包中的ThreadPoolExecutor来实现非常灵活地自定义线程池

线程池的参数

public ThreadPoolExecutor(int corePoolSize,int maximumPoolSize,long keepAliveTime,TimeUnit unit,BlockingQueue<Runnable> workQueue,ThreadFactory threadFactory,RejectedExecutionHandler handler) {

现状：AI生成能力的并发是只允许4个任务同时去执行，AI能力允许20个任务排队
corePoolSize（核心线程数）：正常情况下，我们的系统应该能同时工作的线程数
maximumPoolSize（最大线程数）：极限情况下，我们的线程池所拥有的线程
keepAliveTime（空闲线程存活时间）：非核心线程在没有任务的情况下，过多久要删除，从而释放无用的线程资源
unit（空闲线程存活时间的单位）：分钟，秒
workQueue（工作队列）：用于存放给线程执行的任务，存在一个队列的长度（一定要设置）
threadFactory（线程工厂）：控制每个线程的生成，线程的属性
RejectedExecutionHandler（拒绝策略）：任务队列满的时候，我们采取什么措施

线程池的开发

自定义线程池配置

package com.yupi.springbootinit.config;import org.jetbrains.annotations.NotNull;
import org.springframework.context.annotation.Bean;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;import java.util.concurrent.ArrayBlockingQueue;
import java.util.concurrent.ThreadFactory;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;
import java.util.concurrent.TimeUnit;@Configuration
public class ThreadPoolExecutorConfig {@Beanpublic ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor(){// 创建一个线程工厂ThreadFactory threadFactory = new ThreadFactory(){// 初始化线程数为 1private int count = 1;// 创建一个新的线程@Override// 每当线程池需要创建新线程时，就会调用newThread方法// @NotNull Runnable r 表示方法参数 r 应该永远不为null，public Thread newThread(@NotNull Runnable r) {Thread thread = new Thread(r);thread.setName("线程" + count ++);return thread;}};// 创建一个新的线程池，线程池核心大小为2，最大线程数为4，// 非核心线程空闲时间为100秒，任务队列为阻塞队列，长度为4，使用自定义的线程工厂创建线ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = new ThreadPoolExecutor(2,4,100, TimeUnit.SECONDS,new ArrayBlockingQueue<>(4),threadFactory);return threadPoolExecutor;}
}

测试controller层（注意线上环境不要暴露出去）

package com.yupi.springbootinit.controller;import cn.hutool.json.JSONUtil;
import io.netty.handler.codec.serialization.ObjectEncoder;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import org.springframework.context.annotation.Profile;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RequestMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.RestController;import javax.annotation.Resource;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.CompletableFuture;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;/*** 队列测试controller*/
@RestController
@RequestMapping("/queue")
@Slf4j
@Profile({"dev","local"}) // 只在开发环境和本地环境生效
public class QueueController {@Resourceprivate ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor;@GetMapping("/add")// 接收一个参数name，然后将任务添加到线程池中public void add(String name){// 使用CompletableFuture运行一个异步任务CompletableFuture.runAsync(()->{log.info("任务执行中：" + name + "执行人：" + Thread.currentThread().getName());try {// 让线程休眠10分钟，模拟长时间运行的任务Thread.sleep(600000);} catch (InterruptedException e) {throw new RuntimeException(e);} 异步任务在threadPoolExecutor中执行},threadPoolExecutor);}@GetMapping("/get")public String  get(){Map<String, Object> map = new HashMap<>();int size = threadPoolExecutor.getQueue().size();map.put("队列长度",size);long taskCount = threadPoolExecutor.getTaskCount();map.put("任务总数",taskCount);long completedTaskCount = threadPoolExecutor.getCompletedTaskCount();map.put("已完成的任务总数",completedTaskCount);int activeCount = threadPoolExecutor.getActiveCount();map.put("正在工作的线程数",activeCount);return JSONUtil.toJsonStr(map);}
}

项目异步化改造

/*** 智能分析（异步）** @param multipartFile* @param genChartByAiRequest* @param request* @return*/
@PostMapping("/gen/async")
public BaseResponse<BiResponse> genChartByAiAsync(@RequestPart("file") MultipartFile multipartFile,GenChartByAiRequest genChartByAiRequest, HttpServletRequest request) {String name = genChartByAiRequest.getName();String goal = genChartByAiRequest.getGoal();String chartType = genChartByAiRequest.getChartType();// 校验ThrowUtils.throwIf(StringUtils.isBlank(goal), ErrorCode.PARAMS_ERROR, "目标为空");ThrowUtils.throwIf(StringUtils.isNotBlank(name) && name.length() > 100, ErrorCode.PARAMS_ERROR, "名称过长");// 校验文件long size = multipartFile.getSize();String originalFilename = multipartFile.getOriginalFilename();// 校验文件大小final long ONE_MB = 1024 * 1024L;ThrowUtils.throwIf(size > ONE_MB, ErrorCode.PARAMS_ERROR, "文件超过 1M");// 校验文件大小缀 aaa.pngString suffix = FileUtil.getSuffix(originalFilename);final List<String> validFileSuffixList = Arrays.asList("xlsx", "xls");ThrowUtils.throwIf(!validFileSuffixList.contains(suffix), ErrorCode.PARAMS_ERROR, "文件后缀非法");User loginUser = userService.getLoginUser(request);// 限流判断，每个用户一个限流器redisLimiterManager.doRateLimit("genChartByAi_" + loginUser.getId());// 指定一个模型id(把id写死，也可以定义成一个常量)long biModelId = 1659171950288818178L;// 分析需求：// 分析网站用户的增长情况// 原始数据：// 日期,用户数// 1号,10// 2号,20// 3号,30// 构造用户输入StringBuilder userInput = new StringBuilder();userInput.append("分析需求：").append("\n");// 拼接分析目标String userGoal = goal;if (StringUtils.isNotBlank(chartType)) {userGoal += "，请使用" + chartType;}userInput.append(userGoal).append("\n");userInput.append("原始数据：").append("\n");// 压缩后的数据String csvData = ExcelUtils.excelToCsv(multipartFile);userInput.append(csvData).append("\n");// 先把图表保存到数据库中Chart chart = new Chart();chart.setName(name);chart.setGoal(goal);chart.setChartData(csvData);chart.setChartType(chartType);// 插入数据库时,还没生成结束,把生成结果都去掉
//        chart.setGenChart(genChart);
//        chart.setGenResult(genResult);// 设置任务状态为排队中chart.setStatus("wait");chart.setUserId(loginUser.getId());boolean saveResult = chartService.save(chart);ThrowUtils.throwIf(!saveResult, ErrorCode.SYSTEM_ERROR, "图表保存失败");// 在最终的返回结果前提交一个任务// todo 建议处理任务队列满了后,抛异常的情况(因为提交任务报错了,前端会返回异常)CompletableFuture.runAsync(() -> {// 先修改图表任务状态为 “执行中”。等执行成功后，修改为 “已完成”、保存执行结果；执行失败后，状态修改为 “失败”，记录任务失败信息。(为了防止同一个任务被多次执行)Chart updateChart = new Chart();updateChart.setId(chart.getId());// 把任务状态改为执行中updateChart.setStatus("running");boolean b = chartService.updateById(updateChart);// 如果提交失败(一般情况下,更新失败可能意味着你的数据库出问题了)if (!b) {handleChartUpdateError(chart.getId(), "更新图表执行中状态失败");return;}// 调用 AIString result = aiManager.doChat(biModelId, userInput.toString());String[] splits = result.split("【【【【【");if (splits.length < 3) {handleChartUpdateError(chart.getId(), "AI 生成错误");return;}String genChart = splits[1].trim();String genResult = splits[2].trim();// 调用AI得到结果之后,再更新一次Chart updateChartResult = new Chart();updateChartResult.setId(chart.getId());updateChartResult.setGenChart(genChart);updateChartResult.setGenResult(genResult);updateChartResult.setStatus("succeed");boolean updateResult = chartService.updateById(updateChartResult);if (!updateResult) {handleChartUpdateError(chart.getId(), "更新图表成功状态失败");}},threadPoolExecutor);BiResponse biResponse = new BiResponse();
//        biResponse.setGenChart(genChart);
//        biResponse.setGenResult(genResult);biResponse.setChartId(chart.getId());return ResultUtils.success(biResponse);
}
// 上面的接口很多用到异常,直接定义一个工具类
private void handleChartUpdateError(long chartId, String execMessage) {Chart updateChartResult = new Chart();updateChartResult.setId(chartId);updateChartResult.setStatus("failed");updateChartResult.setExecMessage(execMessage);boolean updateResult = chartService.updateById(updateChartResult);if (!updateResult) {log.error("更新图表失败状态失败" + chartId + "," + execMessage);
}