Spring Bootの非同期処理とは？初心者向けにメリットとデメリットをやさしく解説！

非同期処理のメリットとデメリット

新人と先輩の会話形式で理解しよう

新人

「Spring Bootの非同期処理ってよく聞くんですけど、実際どういうものなんですか？」

先輩

「非同期処理は、バックグラウンドで別スレッドを使って処理を実行する仕組みなんだ。処理の待ち時間を短くしたり、並列にタスクを進められたりするのが特徴だよ。」

新人

「それって具体的にどう違うんですか？同期処理と何が変わるんでしょうか？」

先輩

「じゃあ、まずは同期処理と非同期処理の違いから確認してみよう！」

1. 非同期処理とは？

Spring Bootにおける非同期処理とは、メインの処理とは別のスレッドでタスクを実行する仕組みです。たとえば、メール送信やログ出力、重たい計算処理など、完了までに時間がかかるタスクをバックグラウンドで実行することで、アプリケーション全体の応答性を高めることができます。

Spring Bootでは、@Asyncアノテーションを使うことで、簡単に非同期処理を導入することができます。以下は基本的な使い方のサンプルです。


@Configuration
@EnableAsync
public class AsyncConfig {
}


@Service
public class SampleService {

    @Async
    public void doAsyncTask() {
        System.out.println("非同期で実行中の処理");
    }
}


@Controller
public class SampleController {

    @Autowired
    private SampleService sampleService;

    @GetMapping("/start")
    @ResponseBody
    public String startAsync() {
        sampleService.doAsyncTask();
        return "非同期処理を開始しました";
    }
}

上記の例では、/startにアクセスするとdoAsyncTask()メソッドが非同期で実行されます。そのため、ブラウザには即座に「非同期処理を開始しました」と表示され、バックグラウンドでログ出力などの処理が進行します。

このように、Spring Bootを使うと初心者でも簡単に非同期処理を実装できるため、業務システムやWebアプリケーションにおいて非常に重宝されています。

2. 同期処理と非同期処理の違い

ここでは、初心者向けに「同期処理」と「非同期処理」の違いを、処理の流れやブロッキングの観点から解説します。

同期処理（ブロッキング処理）とは？

同期処理では、一つの処理が終わるまで次の処理に進めません。たとえば、外部APIからデータを取得して、その結果を元に画面を表示する場合、APIレスポンスを待ってから次の処理が進みます。このように、待ち時間＝処理停止時間になるため、アプリケーション全体のレスポンスが悪化する原因にもなります。

非同期処理（ノンブロッキング処理）とは？

非同期処理では、処理を別スレッドに任せて、メインの処理をすぐに次に進めることができます。たとえば、画面表示を先に行って、その裏でファイル保存処理を進めるといった使い方が可能です。

処理の流れの違い

同期処理の場合：


1. リクエストを受け取る
2. 時間のかかる処理を実行
3. 結果をレスポンスとして返す

非同期処理の場合：


1. リクエストを受け取る
2. 時間のかかる処理を別スレッドに委譲
3. 即座にレスポンスを返す
4. バックグラウンドで処理を継続

このように、非同期処理はユーザーの待機時間を減らし、体感的なパフォーマンスを向上させることができます。Spring Bootでは@EnableAsyncや@Asyncを組み合わせて使うだけで、簡単に非同期処理が導入できます。

ただし、非同期処理には注意点もあります。たとえば、非同期で実行された処理は例外がコントローラに伝播しないため、エラーハンドリングを適切に実装しないと、問題の把握が困難になります。

また、処理順序を制御したいケースでは非同期処理が逆に複雑さを生むこともあるため、同期・非同期の使い分けが重要になります。

3. Spring Bootにおける非同期処理のメリット

Spring Bootで非同期処理を使う最大のメリットは、アプリケーション全体の応答速度を高められることです。特にWebアプリケーションでは、ユーザーからの操作に対してすぐにレスポンスを返すことが求められます。

たとえば、バックグラウンドでのファイル保存やメール送信のように、ユーザーに直接見えない処理は非同期にしておくことで、操作の待機時間を減らすことができます。これにより、ユーザーはストレスなく画面を操作でき、体感的なパフォーマンス向上につながります。

また、複数の処理を同時に進めることができるため、時間のかかるタスクがあっても他の処理を妨げず、システム全体のスループット（処理量）を高めることができます。

例えば次のような例では、非同期処理によって高速なレスポンスが可能になります。


@Controller
public class ReportController {

    @Autowired
    private ReportService reportService;

    @GetMapping("/generate")
    @ResponseBody
    public String generateReport() {
        reportService.createLargeReport(); // 非同期で実行
        return "レポート生成を開始しました。しばらくお待ちください。";
    }
}

このように、時間のかかる処理をバックグラウンドに任せることで、ユーザー体験の向上が実現できます。

4. 非同期処理を導入する際の注意点

Spring Bootの非同期処理は便利な一方で、注意すべきポイントもいくつか存在します。特に初心者が見落としがちなのが、例外処理と状態管理の難しさです。

非同期処理では例外が表に出ない

通常の同期処理であれば、例外が発生すればコントローラまで伝わり、エラーメッセージを返すことができます。しかし、非同期処理では@Asyncで実行されたメソッド内の例外は、呼び出し元には伝播しません。

そのため、非同期処理内で発生した例外をログ出力だけに頼っていると、ユーザーに気づかれないままエラーが発生している可能性があります。


@Async
public void createLargeReport() {
    try {
        // 時間のかかる処理
    } catch (Exception e) {
        // ここで例外処理を必ず行う
        e.printStackTrace();
    }
}

状態管理が複雑になりやすい

非同期処理は複数のスレッドで処理を同時に実行するため、処理の順番や共有データの一貫性に注意が必要です。例えば、同じデータを複数の非同期処理で同時に書き換えると、競合（レースコンディション）が発生する可能性があります。

このような問題を避けるには、非同期処理の中でsynchronizedやデータベースの排他制御などを活用して、スレッドセーフな設計を心がける必要があります。

5. メリットを活かすための設計上のポイント

Spring Bootで非同期処理のメリットを最大限に活かすには、設計段階からの工夫が重要です。ここでは初心者向けに意識しておくべきポイントを解説します。

適切なスレッド数の設定

Spring Bootの@Asyncは、デフォルトでは単一スレッドで動作します。そのため、複数の非同期処理を同時に実行したい場合は、スレッドプールをカスタマイズする必要があります。


@Configuration
@EnableAsync
public class AsyncConfig {

    @Bean(name = "taskExecutor")
    public Executor taskExecutor() {
        ThreadPoolTaskExecutor executor = new ThreadPoolTaskExecutor();
        executor.setCorePoolSize(4);
        executor.setMaxPoolSize(8);
        executor.setQueueCapacity(100);
        executor.initialize();
        return executor;
    }
}

このようにスレッド数を明示的に設定することで、同時に複数のタスクを安定して処理できるようになります。

バックグラウンド向けタスクの選定

すべての処理を非同期にすればいいというわけではありません。非同期処理に適したタスクは、ユーザーへの即時応答を求められない処理や、外部サービスとの通信、ファイル保存処理などです。

一方で、結果をすぐに返さないといけない処理や、複数の処理順序に依存する場合は、非同期処理には向いていません。初心者の方はまず、ログ出力やバッチ処理など、失敗しても大きな影響の少ないタスクから非同期化するのがおすすめです。

ログ設計とメトリクスの導入

非同期処理は裏で動いているため、何がいつ実行されたかを把握することが難しいです。そのため、ログ出力やメトリクス（実行時間・失敗率など）の収集を設計に組み込むことが、システムの安定運用には欠かせません。

6. 非同期処理のデメリット

Spring Bootの非同期処理は便利ですが、デメリットや落とし穴もあります。初心者向けに特に注意しておきたい代表的なポイントを紹介します。

デバッグが難しい

非同期処理は別スレッドで実行されるため、通常のステップ実行やブレークポイントによるデバッグが効かないことがあります。ログ出力が唯一の手がかりになることが多く、トラブルの原因追跡に時間がかかることもあります。

予期しないタイミングでの実行

非同期処理では、実行の順序や完了タイミングが保証されません。そのため、処理の結果に依存して次の処理を行うようなケースでは、タイミングのズレによる不具合が発生することがあります。

スレッドの枯渇（リソース不足）

スレッドを大量に使う設計にしてしまうと、スレッドが使い果たされて新しい処理が待たされる、またはOutOfMemoryErrorのような致命的なエラーが発生する可能性もあります。

特に初心者の方は、非同期処理を多用しすぎないよう注意し、スレッドプールの適切な設定と監視を心がけましょう。

7. 非同期処理を安全に使うためのベストプラクティス

ここでは、Spring Boot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。初心者向けに実践しやすいポイントを中心に解説します。

スレッドプールの適切な管理

Spring Bootの非同期処理は、スレッドプールによって並列処理を制御しています。無制限にスレッドを生成するとメモリを圧迫してしまうため、ThreadPoolTaskExecutorでcorePoolSizeやmaxPoolSizeを適切に設定しておきましょう。

さらに、RejectedExecutionHandlerを設定することで、スレッドが足りなくなったときの挙動を制御することも可能です。


@Bean(name = "taskExecutor")
public Executor taskExecutor() {
    ThreadPoolTaskExecutor executor = new ThreadPoolTaskExecutor();
    executor.setCorePoolSize(4);
    executor.setMaxPoolSize(8);
    executor.setQueueCapacity(100);
    executor.setRejectedExecutionHandler(new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy());
    executor.initialize();
    return executor;
}

ログ管理の強化

非同期処理では、何がいつ行われたのか分かりにくくなるため、ログ出力の設計が非常に重要です。特に、開始時・完了時・例外発生時のログを出力することで、後から処理の流れを追いやすくなります。


@Async
public void sendMail() {
    log.info("メール送信処理を開始");
    try {
        // 処理内容
        log.info("メール送信処理が正常に完了");
    } catch (Exception e) {
        log.error("メール送信中にエラーが発生", e);
    }
}

例外処理の仕組み化

非同期処理では、例外がそのままでは表に出ないため、カスタムの例外ハンドラを使う方法もあります。AsyncUncaughtExceptionHandlerを使えば、非同期メソッドでの予期せぬ例外を集中して処理することが可能です。


@Configuration
@EnableAsync
public class AsyncConfig implements AsyncConfigurer {

    @Override
    public Executor getAsyncExecutor() {
        ThreadPoolTaskExecutor executor = new ThreadPoolTaskExecutor();
        executor.setCorePoolSize(4);
        executor.setMaxPoolSize(8);
        executor.setQueueCapacity(100);
        executor.initialize();
        return executor;
    }

    @Override
    public AsyncUncaughtExceptionHandler getAsyncUncaughtExceptionHandler() {
        return (ex, method, params) -> {
            System.err.println("非同期例外発生: " + ex.getMessage());
        };
    }
}

8. 初心者が非同期処理を学ぶ際の注意点と学習方法

Spring Bootを使って非同期処理を学ぶ際には、段階的に理解を深めていくことが大切です。いきなり複雑なシステムで使おうとすると、思わぬ落とし穴にはまってしまうこともあります。

小さなサンプルで動作確認をする

まずは@Asyncを使った簡単な処理から始めて、非同期で処理が走ることを確認してみましょう。ログに出力するだけでも、非同期処理の動作が実感できます。


@Async
public void simpleAsync() {
    System.out.println("非同期タスク開始");
    try {
        Thread.sleep(2000); // 時間のかかる処理の模擬
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    System.out.println("非同期タスク終了");
}