Springの非同期処理とは？初心者でもわかる同期処理との違いをやさしく解説

非同期処理とは？同期処理との違い

新人と先輩の会話形式で理解しよう

新人

「Springで非同期処理ってよく聞くんですが、そもそも非同期処理って何ですか？」

先輩

「非同期処理は、他の処理を待たずに別の作業を進めるような動きのことだよ。処理の完了を待たずに、次の命令に進むのが特徴だね。」

新人

「じゃあ、同期処理とどう違うんですか？その違いも知りたいです！」

先輩

「それじゃあ、Springを使った非同期処理と同期処理の違いを一緒に見ていこうか。」

1. 非同期処理とは何か

非同期処理とは、ある処理が完了するのを待たずに、次の処理を同時に進める手法です。Springでは、非同期処理を使うことで、重たい処理に時間がかかっても、アプリケーション全体が止まらずに動き続けることができます。

たとえば、メール送信やファイルのアップロード処理などは時間がかかるため、非同期処理にすることでユーザーの待ち時間を減らせます。Springでは@Asyncというアノテーションを使って非同期処理を実現します。

以下に非同期処理の簡単なサンプルコードを示します。


package com.example.demo.service;

import org.springframework.scheduling.annotation.Async;
import org.springframework.stereotype.Service;

@Service
public class AsyncService {

    @Async
    public void executeAsyncTask() {
        System.out.println("非同期タスクを実行中...");
        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("非同期タスクが完了しました");
    }
}

このexecuteAsyncTask()メソッドは非同期で実行されるため、呼び出し元の処理をブロックせずに並行して動きます。

2. 同期処理との違い

一方で同期処理は、前の処理が完了しないと次の処理に進めません。すべての処理が順番に実行され、処理が終わるまで他の作業は待機します。これを「ブロッキング」と呼びます。

以下は、同期処理の例です。


package com.example.demo.controller;

import com.example.demo.service.SyncService;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.stereotype.Controller;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.ResponseBody;

@Controller
public class SyncController {

    @Autowired
    private SyncService syncService;

    @GetMapping("/sync")
    @ResponseBody
    public String syncExample() {
        syncService.executeSyncTask();
        return "同期処理が完了しました";
    }
}


package com.example.demo.service;

import org.springframework.stereotype.Service;

@Service
public class SyncService {

    public void executeSyncTask() {
        System.out.println("同期タスクを実行中...");
        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println("同期タスクが完了しました");
    }
}

この場合、/syncを呼び出すと、タスクが完了するまでレスポンスは返りません。ユーザーは3秒間待たされることになります。

対して非同期処理を使えば、以下のようにコントローラの実装を変更できます。


package com.example.demo.controller;

import com.example.demo.service.AsyncService;
import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.stereotype.Controller;
import org.springframework.web.bind.annotation.GetMapping;
import org.springframework.web.bind.annotation.ResponseBody;

@Controller
public class AsyncController {

    @Autowired
    private AsyncService asyncService;

    @GetMapping("/async")
    @ResponseBody
    public String asyncExample() {
        asyncService.executeAsyncTask();
        return "非同期処理を開始しました";
    }
}

この/asyncエンドポイントでは、非同期処理が裏側で動き出し、即座に「非同期処理を開始しました」というレスポンスが返ります。これが非同期処理の大きな利点です。

ただし、非同期処理を使う際は、以下のポイントに注意が必要です。

非同期メソッドの戻り値はvoidやFutureにする
クラスには@EnableAsyncを付与しておく
非同期処理内で例外が発生しても、呼び出し元ではキャッチできない

非同期処理と同期処理は、アプリケーションの性質によって使い分けが重要です。Springを使った開発では、非同期処理を適切に使うことで、レスポンスの高速化やシステム全体の効率向上につながります。

3. Springで非同期処理を実現する方法（@Asyncの使い方）

Springで非同期処理を実装するには、まず@Asyncアノテーションをメソッドに付ける必要があります。ただし、それだけでは非同期にはなりません。プロジェクト全体で非同期処理を有効にするためには、@EnableAsyncアノテーションを設定クラスに追加する必要があります。

設定クラスには以下のように記述します。


package com.example.demo.config;

import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.scheduling.annotation.EnableAsync;

@Configuration
@EnableAsync
public class AsyncConfig {
    // 非同期処理を有効化するだけのクラス
}

この設定により、Springは@Asyncが付いたメソッドを検出し、自動的にバックグラウンドで処理を開始するようになります。

また、非同期メソッドは、同じクラス内から直接呼び出すと非同期にならないという点にも注意が必要です。別のクラスに分けて呼び出すようにしましょう。

4. 実行スレッドとバックグラウンド処理の関係

Springの非同期処理では、処理が別のスレッドで実行されます。これが「バックグラウンド処理」と呼ばれるものです。メインのスレッドとは別に、非同期専用のスレッドが裏側で動いています。

非同期でメソッドを呼び出すと、現在のスレッドとは独立して別のスレッドが処理を担当するため、ユーザーへの応答が速くなります。

たとえば、以下のようにスレッド名を出力すると、メインとは異なるスレッドで動いていることが確認できます。


@Async
public void executeAsyncTask() {
    System.out.println("現在のスレッド: " + Thread.currentThread().getName());
}

Springのデフォルトでは、SimpleAsyncTaskExecutorが使われており、必要な数だけ新しいスレッドを作成してくれます。ただし、大量のリクエストが来るとスレッドが増えすぎてしまうため、実運用ではThreadPoolTaskExecutorなどでスレッド数を制御することが推奨されます。

バックグラウンド処理は、バッチ処理やデータの一括登録、大量メールの送信など、即座に結果を返す必要がない処理で特に効果を発揮します。

5. 非同期処理のメリットとよくある利用場面

非同期処理を取り入れることで得られるメリットは数多くあります。特にWebアプリケーションでは、ユーザーの体感速度を大きく改善できます。

ここでは、Springを使った非同期処理の代表的なメリットを紹介します。

重たい処理をバックグラウンドに分離できる
ユーザーに素早くレスポンスを返せる
複数の処理を並行して実行できる

たとえば以下のような場面で非同期処理がよく使われます。

メール送信

ユーザー登録時などに確認メールを送る場合、非同期にすることで登録画面のレスポンスが高速になります。


@Async
public void sendWelcomeEmail(String email) {
    // メール送信処理
}

ファイルのアップロードや圧縮

大きなファイルをアップロードして処理する場合、非同期にすれば処理完了を待たずに次の操作に進めます。

ログ処理やアクセス解析

アクセスログやユーザーの操作履歴などの保存処理は、非同期でバックグラウンド処理にすることでメインの処理が遅くなるのを防げます。

バッチ処理

大量のデータを一括で処理するようなバッチ処理では、非同期で複数の処理を並列に行うことで、全体の処理時間を短縮できます。

Springでの非同期処理は、初心者でも少しの設定で簡単に取り入れることができるため、実務でも非常によく使われています。@Asyncアノテーションを活用することで、システムの応答性を高めたり、効率的なリソースの使い方が可能になります。

ただし、すべての処理を非同期にすれば良いというわけではありません。処理の特性や目的に応じて、同期処理と非同期処理をうまく使い分けることが重要です。

6. 非同期処理を使う際の注意点（例：例外処理、タイムアウト、進捗の扱い）

Springで非同期処理を導入する際には、いくつかの注意点があります。特に初心者の方がつまずきやすいのが、例外処理やタイムアウト、進捗状況の可視化です。これらは実際のアプリケーション運用において非常に重要なポイントとなります。

非同期処理の例外は呼び出し元でキャッチできない

非同期メソッド内で発生した例外は、呼び出し元に伝わりません。これは、処理が別スレッドで動いているためです。対処方法としては、ログに出力したり、AsyncUncaughtExceptionHandlerを使って共通の例外処理を記述します。


package com.example.demo.config;

import org.springframework.aop.interceptor.AsyncUncaughtExceptionHandler;
import org.springframework.context.annotation.Configuration;
import org.springframework.scheduling.annotation.AsyncConfigurer;

import java.lang.reflect.Method;

@Configuration
public class AsyncExceptionConfig implements AsyncConfigurer {

    @Override
    public AsyncUncaughtExceptionHandler getAsyncUncaughtExceptionHandler() {
        return new AsyncUncaughtExceptionHandler() {
            @Override
            public void handleUncaughtException(Throwable ex, Method method, Object... params) {
                System.err.println("非同期例外発生: " + ex.getMessage());
            }
        };
    }
}

非同期処理のタイムアウトを設ける

非同期処理は長時間かかることがあるため、タイムアウト設定をすることでリソースの無駄を防ぐことができます。たとえば、Futureで結果を取得する際にget()メソッドにタイムアウトを設定する方法があります。


Future<String> future = asyncService.process();
try {
    String result = future.get(5, TimeUnit.SECONDS);
} catch (TimeoutException e) {
    System.out.println("タイムアウト発生");
}

進捗状況の可視化

非同期で処理が進行中かどうかを知る手段として、ステータス情報をDBやキャッシュに保存する設計がよく用いられます。例えば「開始」「実行中」「完了」「失敗」などの状態を管理することで、ユーザー画面にも進捗を表示できます。

7. 非同期処理のデバッグやログの見方

Springの非同期処理では、通常の同期処理とは異なり、処理が別スレッドで動くため、デバッグやログの取り扱いにも注意が必要です。

ログにスレッド名を出力して識別する

非同期処理のログは他の処理と混在しやすいため、スレッド名を出力することで判別しやすくなります。Thread.currentThread().getName()を使うと、現在実行中のスレッド名を取得できます。


System.out.println("スレッド名: " + Thread.currentThread().getName());

ログ出力で開始・終了のタイミングを明確に

非同期処理の開始と終了にログを出すことで、処理時間や流れを確認できます。トラブル時の調査にも役立つため、最低限のログ設計はしておきましょう。


System.out.println("非同期処理 開始");
try {
    // 処理内容
} finally {
    System.out.println("非同期処理 終了");
}

デバッグはブレークポイントよりログ中心に

非同期処理は、ブレークポイントを設定しても別スレッドのためうまく止まらないことがあります。そのため、ログ出力を活用して処理の流れを把握することが、非同期処理における基本的なデバッグ手法になります。

8. Springで非同期処理を安全に運用するためのベストプラクティス

非同期処理は便利ですが、安易に使うとトラブルの原因になることもあります。ここではSpringで非同期処理を安全に運用するためのベストプラクティスを紹介します。

1. スレッドプールの設定を行う

デフォルトのSimpleAsyncTaskExecutorでは無制限にスレッドが生成されるため、実際の運用ではThreadPoolTaskExecutorを使ってスレッド数を制御するようにしましょう。


@Bean
public Executor taskExecutor() {
    ThreadPoolTaskExecutor executor = new ThreadPoolTaskExecutor();
    executor.setCorePoolSize(5);
    executor.setMaxPoolSize(10);
    executor.setQueueCapacity(100);
    executor.initialize();
    return executor;
}

2. メソッドの戻り値は適切に

非同期メソッドではvoidまたはFuture型が使われます。処理の完了確認やタイムアウト制御をしたい場合は、FutureやCompletableFutureを活用しましょう。

3. 排他制御が必要な処理は非同期化しない

同じリソースを同時に更新するような処理は、非同期にするとデータの不整合が発生する可能性があります。同期処理のほうが安全なケースもあるため、適切に選択してください。

4. 非同期処理の責務は小さく保つ

1つの非同期メソッドが複数の責務を持つと、エラー原因が特定しにくくなります。できるだけ単一の目的に限定した非同期処理を設計するのがベストプラクティスです。

5. テスト時には非同期実行を同期に切り替える方法も

単体テストで非同期のまま実行すると、完了前にテストが終わることがあります。テスト環境では、同期実行するよう設定することで安定した検証が可能になります。

以上のベストプラクティスを意識することで、Springでの非同期処理を安定的かつ安全に運用することができます。初心者の方も、少しずつ取り入れて実践に役立ててください。

まとめ

Springを用いた非同期処理は、同期処理との違いやメリットを理解することで、実務における開発効率を一段と高められる重要な技術です。特に、重たい処理をバックグラウンドに任せ、ユーザーへ素早く応答を返すという流れは、現代のWebアプリケーションでは欠かせない仕組みとなっています。この記事では、非同期処理の基本的な考え方から、@Asyncアノテーションの使い方、@EnableAsyncによる設定、有効なスレッドプールの管理方法に至るまで、段階的に確認しました。実際に非同期処理のコードを扱う場面では、例外処理やタイムアウト、ログの出力といった細やかなポイントも理解しておくと、運用時のトラブルを減らすことができます。また、非同期処理は便利な一方で、なんでも非同期にすれば良いわけではなく、同期処理と組み合わせながら適材適所で活用する判断力も求められます。以下では振り返りとして、簡単な非同期処理のサンプルを再掲しつつ、考え方を整理します。

非同期処理のサンプルコード（振り返り）


package com.example.demo.service;

import org.springframework.scheduling.annotation.Async;
import org.springframework.stereotype.Service;

@Service
public class ReviewAsyncService {

    @Async
    public void runAsyncReviewTask() {
        System.out.println("ふりかえり非同期タスク開始...");
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
            System.out.println("中断されました");
        }
        System.out.println("ふりかえり非同期タスク完了");
    }
}

実際の開発では、このようなメソッドをコントローラから呼び出し、バックグラウンドでタスクが進むように設計します。非同期処理は、メール送信、ファイル処理、ログ保存、バッチ処理など、多くの業務アプリケーションで利用されています。時間のかかる処理を即時応答とは切り離して実装できるため、アプリケーション全体の反応速度が大幅に向上します。また、スレッドの使い方を理解することで、より高度な並行処理の設計にも応用できます。非同期処理の理解は、Spring開発の基礎力を高めるうえで大きな武器となるでしょう。

先生と生徒の振り返り会話

生徒：「今日の内容を通して、非同期処理がどう役立つのか少し理解できた気がします。特に、ユーザーの待ち時間を減らせるところが印象的でした。」

先生：「その気づきはとても良いね。非同期処理は、重たい処理を裏で動かしながら、表の処理を滑らかに進められる点が大きな魅力なんだ。実務でも必ず役立つよ。」

生徒：「ただ、例外が呼び出し元に戻らないのは少しややこしいと感じました。きちんとログを出したり、ハンドラで処理したりする必要があるんですね。」

先生：「その通り。非同期処理は便利だけれど、使い方を誤ると原因調査が難しくなることもある。だからこそ、例外の扱いやログ設計はとても重要なんだよ。」

生徒：「スレッドプールも設定した方がいい理由がよくわかりました。無制限にスレッドが増えると、逆にシステムへ負担が大きくなるんですね。」

先生：「その理解があれば大丈夫。非同期処理と同期処理をうまく使い分けることが、Springアプリケーションを効率よく、安全に動かす秘訣なんだよ。」

生徒：「ありがとうございます！これで非同期処理を使ったプログラムが少し自信を持って書けそうです。」