Java异步实现的N种方式

编程语言 2022-08-03 19:55:08 阅读次数: 0

背景

异步编程现在受到了越来越多的关注，尤其是在IO密集型的业务场景中，相比传统的同步开发模式，异步编程的优势越来越明显，本文介绍Java常见的实现方式；

Future

描述

java.util.concurrent.Future是JDK5引入的，用来获取一个异步计算的结果。可以使用isDone方法检查计算是否完成，也可以使用get阻塞住调用线程，直到计算完成返回结果，使用cancel方法停止任务的执行。

FutureTask.java是对Futre和Runnable最简单的实现，实现了run函数，所以可以直接执行，任务执行结束通过set()保存结果，setException()保存异常信息。通常配合executorService.submit()一起使用，ExecutorService中将任务包装成FutureTask执行execute()；

样例

		@Test
????public?void?futureCallBackTest()?throws?InterruptedException,?ExecutionException?{
????????System.out.println(printThread("小明点餐"));
????????Future<String>?future?=?executorService.submit(()?->?{
????????????System.out.println(printThread("厨师开始炒菜"));
????????????Thread.sleep(2000);
????????????System.out.println(printThread(?"厨师炒好菜"));
????????????return?"饭菜好了";
????????});

????????String?result?=?future.get();
????????executorService.shutdown();
????????System.out.println(printThread(result?+?",小明开始吃饭"));
????}

运行结果

优缺点

  • 能获得异步线程执行结果

  • 无法方便得知任务何时完成

  • 在主线程获得任务结果会导致主线程阻塞

  • 复杂一点的情况下，比如多个异步任务的场景，一个异步任务依赖上一个异步任务的执行结果，异步任务合并等，Future无法满足需求

ListenableFuture

描述

Google并发包下的listenableFuture对Java原生的future做了扩展，顾名思义就是使用监听器模式实现的回调，所以叫可监听的future，通过addListener(Runnablelistener,Executorexecutor)方法添加回调任务。

要使用listenableFuture还要结合MoreExecutor线程池，MoreExecutor是对Java原生线程池的封装，比如常用的MoreExecutors.listeningDecorator(threadPool);修改Java原生线程池的submit方法，封装了future返回listenableFuture。

样例

@Test
????public?void?listenableFutureTest()?throws?InterruptedException,?ExecutionException?{
????????System.out.println(printThread("小明点餐"));
????????ListeningExecutorService?listeningExecutorService?=?MoreExecutors.listeningDecorator(Executors.newSingleThreadExecutor());
????????ListenableFuture<String>?listenableFuture?=?listeningExecutorService.submit(()?->?{
????????????System.out.println(printThread("厨师开始炒菜"));
????????????try?{
????????????????Thread.sleep(2000);
????????????}?catch?(InterruptedException?e)?{
????????????????e.printStackTrace();
????????????}
????????????System.out.println(printThread(?"厨师炒好菜"));
????????????return?"饭菜好了";
????????});

????????Futures.addCallback(listenableFuture,?new?FutureCallback<String>()?{
????????????@Override
????????????public?void?onSuccess(@Nullable?String?s)?{
????????????????System.out.println(printThread(s?+?",小明开始吃饭"));
????????????}

????????????@Override
????????????public?void?onFailure(Throwable?throwable)?{
????????????????System.out.println(printThread(?throwable.getMessage()));
????????????}
????????},?executorService);

????????System.out.println(printThread(?"小明开始玩游戏"));
????????try?{
????????????Thread.sleep(3000);
????????}?catch?(InterruptedException?e)?{
????????????e.printStackTrace();
????????}
????????System.out.println(printThread("小明结束玩游戏"));


????????listenableFuture.get();
????????listeningExecutorService.shutdown();
????????executorService.shutdown();
????}

运行结果

这里的运行结果：小明玩游戏和小明吃饭放在了2个线程，没有阻塞等待。

优缺点

充分利用线程的时间片

回调机制的最大问题是：CallbackHell（回调地狱）

CallbackHell

描述

大量使用Callback机制，使应该是先后的业务逻辑在代码形式上表现为层层嵌套,这会导致代码难以理解和维护

样例

@Test
????public?void?listenableFutureCallbackHellTest()?throws?InterruptedException,?ExecutionException?{
????????System.out.println(printThread("小明点餐"));
????????ListeningExecutorService?listeningExecutorService?=?MoreExecutors.listeningDecorator(Executors.newSingleThreadExecutor());
????????ListenableFuture<String>?listenableFuture?=?listeningExecutorService.submit(()?->?{
????????????System.out.println(printThread("厨师开始做菜"));
????????????try?{
????????????????Thread.sleep(2000);
????????????}?catch?(InterruptedException?e)?{
????????????????e.printStackTrace();
????????????}
????????????return?"菜已装盘";
????????});
????????Futures.addCallback(listenableFuture,?new?FutureCallback<String>()?{
????????????@Override
????????????public?void?onSuccess(@Nullable?String?s)?{
????????????????System.out.println(printThread(s?+?",小明开始吃饭"));
????????????????System.out.println(printThread(?"小明点了个饮料"));
????????????????ListenableFuture<String>?listenableFuture1?=?listeningExecutorService.submit(()?->?{
????????????????????System.out.println(printThread("服务员拿饮料"));
????????????????????try?{
????????????????????????Thread.sleep(1000);
????????????????????}?catch?(InterruptedException?e)?{
????????????????????????e.printStackTrace();
????????????????????}
????????????????????return?"饮料好了";
????????????????});
????????????????Futures.addCallback(listenableFuture1,?new?FutureCallback<String>()?{
????????????????????@Override
????????????????????public?void?onSuccess(@Nullable?String?s)?{
????????????????????????System.out.println(printThread(s?+?",小明开始喝饮料"));
????????????????????}

????????????????????@Override
????????????????????public?void?onFailure(Throwable?throwable)?{

????????????????????}
????????????????},?executorService);
????????????}

????????????@Override
????????????public?void?onFailure(Throwable?throwable)?{
????????????????System.out.println(printThread(?throwable.getMessage()));
????????????}
????????},?executorService);

????????System.out.println(printThread(?"小明开始玩游戏"));
????????try?{
????????????Thread.sleep(3000);
????????}?catch?(InterruptedException?e)?{
????????????e.printStackTrace();
????????}
????????System.out.println(printThread("小明结束玩游戏"));

????????listenableFuture.get();
????????listeningExecutorService.shutdown();
????????executorService.awaitTermination(10,?TimeUnit.SECONDS);
????????executorService.shutdown();
????}

CompleteableFuture

描述

Java8新增的CompletableFuture类借鉴了GoogleGuava的ListenableFuture，它包含50多个方法，默认使用forkJoinPool线程池，提供了非常强大的Future扩展功能，可以帮助我们简化异步编程的复杂性，结合函数式编程，通过回调的方式处理计算结果，并且提供了转换和组合CompletableFuture的多种方法，可以满足大部分异步回调场景。

CompletableFuture可以用来以声明式语义构建创建异步任务的编排模式，它可以用于通过声明表示：

  • 将要执行一个异步任务；

  • 将要执行一个异步任务，它必须在一个前驱异步任务完成之后执行，其以前驱任务的输出作为自身的输入；

  • 将要执行一个异步任务，它必须在若干前驱异步任务中的（任意或全部）完成之后执行，其以全部（或任一）前驱任务的输出作为自身的输入；

样例

@Test
????public?void?completeableFutureTest()??{
????????System.out.println(printThread("小明点餐"));

????????CompletableFuture<String>?completableFuture?=?CompletableFuture.supplyAsync(()?->?{
????????????System.out.println(printThread("厨师开始做菜"));
????????????try?{
????????????????Thread.sleep(2000);
????????????}?catch?(InterruptedException?e)?{
????????????????e.printStackTrace();
????????????}
????????????System.out.println(printThread("厨师菜做好了"));
????????????return?"菜已装盘";
????????});

????????CompletableFuture<Void>?completableFuture1?=?CompletableFuture.runAsync(()?->?{
????????????System.out.println(printThread(?"小明开始玩游戏"));
????????????try?{
????????????????Thread.sleep(3000);
????????????}?catch?(InterruptedException?e)?{
????????????????e.printStackTrace();
????????????}
????????????System.out.println(printThread("小明结束玩游戏"));
????????});

????????CompletableFuture<Void>?completableFuture2?=?completableFuture
????????????????.thenAcceptBoth(completableFuture1,(a,?b)?->?System.out.println(printThread(?a?+?",?小明开始吃饭,并点了饮料")))
????????????????.thenApplyAsync((b)?->?{
????????????????????System.out.println(printThread("服务员拿饮料"));
????????????????????try?{
????????????????????????Thread.sleep(1000);
????????????????????}?catch?(InterruptedException?e)?{
????????????????????????e.printStackTrace();
????????????????????}
????????????????????return?"饮料好了";
????????????????},executorService)
????????????????.thenAcceptAsync((s)?->?System.out.println(printThread(s?+?",小明开始喝饮料")));

????????completableFuture2.join();
????}

方法介绍

创建对象

以Async结尾并且没有指定Executor的方法会使用ForkJoinPool.commonPool()作为它的线程池执行异步代码。

runAsync方法也好理解，它以Runnable函数式接口类型为参数，所以CompletableFuture的计算结果为空。

supplyAsync方法以Supplier函数式接口类型为参数,CompletableFuture的计算结果类型为U。

计算结果完成时的处理

当CompletableFuture的计算结果完成，或者抛出异常的时候，我们可以执行特定的Action；

不以Async结尾的方法由原来的线程计算，以Async结尾的方法由默认的线程池ForkJoinPool.commonPool()或者指定的线程池executor运行；

exceptionally方法返回一个新的CompletableFuture，当原始的CompletableFuture抛出异常的时候，就会触发这个CompletableFuture的计算，调用function计算值；

转换、消费

一个传Function将CompletableFuture中的值转换成另一个值，一个传Consumer将CompletableFuture值消费；

组合

thenCombine用来复合另外一个CompletionStage的结果，两个CompletionStage是并行执行的，它们之间并没有先后依赖顺序；

thenAcceptBoth和runAfterBoth是当两个CompletableFuture都计算完成，acceptEither和applyToEither方法是当任意一个CompletionStage完成的时候执行后续任务；

辅助方法allOf和anyOf

allOf方法是当所有的CompletableFuture都执行完后执行计算；

anyOf方法是当任意一个CompletableFuture执行完后就会执行计算；

Reactor

描述

Reactor框架是Pivotal公司（Spring家族公司）开发的，实现了ReactiveProgramming思想，符合ReactiveStreams规范的一项技术；

Reactive

反应式宣言-反应式宣言

ReactiveStreams

介绍

官网-https://www.reactive-streams.org/?spm=a2c6h.12873639.0.0.edf277a6wQI9QB

简介：

ReactiveStreams是一个对于异步流处理且伴随非阻塞背压机制而提供的倡议规范；

目标：

控制异步边界的流数据交换（例如从一个线程池向另一个线程池传递数据），同时要确保接收端不被强迫 缓冲任意数量的数据，也就是利用背压(backpressure)模型调节线程间的队列；

反应式编程的范式（接口规范），主要接口

  • Publisher

  • Subscriber

  • Subcription

其中，Subcriber中便包含了上面表格提到的onNext、onError、onCompleted这三个方法。

一个简单样例

public?static?void?main(String[]?args)?throws?InterruptedException?{
????Flux.just(1,?2,?3,?4,?5)
????????????.subscribeOn(Schedulers.parallel())
????????????.subscribe(new?CoreSubscriber<Integer>()?{
????????????????@Override
????????????????public?void?onSubscribe(Subscription?s)?{
????????????????????System.out.println(printThread("onSubscribe,?"?+?s.getClass().toString()));
????????????????????s.request(5);
????????????????}

????????????????@Override
????????????????public?void?onNext(Integer?integer)?{
????????????????????System.out.println(printThread("next:?"?+?integer));
????????????????}

????????????????@Override
????????????????public?void?onError(Throwable?t)?{

????????????????}

????????????????@Override
????????????????public?void?onComplete()?{
????????????????????System.out.println(printThread("complete"));
????????????????}
????????????});
????Thread.sleep(1000);
}

private?static?String?printThread(String?note)?{
????SimpleDateFormat?simpleDateFormat?=?new?SimpleDateFormat("hh:mm:ss");
????long?time?=?System.currentTimeMillis();
????Date?date?=?new?Date(time);
????return?Thread.currentThread().getName()?+?"?"?+?simpleDateFormat.format(date)?+?"?"?+?time?+?"?"?+?note;
}

Reactor

实现reactivestreams的类库-Reactor 3 Reference Guide

相似的类库有RxJava2,JDK9Flow等

Mono实现了org.reactivestreams.Publisher接口，代表0到1个元素的发布者。

Flux同样实现了org.reactivestreams.Publisher接口，代表0到N个元素的发表者。

Scheduler表示背后驱动反应式流的调度器，通常由各种线程池实现。

@Test
????public?void?ReactorTest()?throws?InterruptedException?{
????????System.out.println(printThread("小明点餐"));
????????Mono?mono?=?Mono.fromSupplier(()?->?{
????????????System.out.println(printThread("厨师开始做菜"));
????????????try?{
????????????????Thread.sleep(2000);
????????????}?catch?(InterruptedException?e)?{
????????????????e.printStackTrace();
????????????}
????????????System.out.println(printThread("厨师菜做好了"));
????????????return?"菜已装盘";
????????}).publishOn(Schedulers.parallel())
??????????.zipWith(Mono.fromSupplier(()?->?{
????????????System.out.println(printThread(?"小明开始玩游戏"));
????????????try?{
????????????????Thread.sleep(3000);
????????????}?catch?(InterruptedException?e)?{
????????????????e.printStackTrace();
????????????}
????????????System.out.println(printThread("小明结束玩游戏"));
????????????return?"?";
????????})).doOnSuccess((tuple2)?->?System.out.println(printThread(?tuple2.getT1()?+?",?小明开始吃饭")));

????????mono.subscribe();

????????Thread.sleep(10000);
????}

reactor操作函数

Reactor 3 Reference Guide

先自我介绍一下，小编13年上师交大毕业，曾经在小公司待过，去过华为OPPO等大厂，18年进入阿里，直到现在。深知大多数初中级java工程师，想要升技能，往往是需要自己摸索成长或是报班学习，但对于培训机构动则近万元的学费，着实压力不小。自己不成体系的自学效率很低又漫长，而且容易碰到天花板技术停止不前。因此我收集了一份《java开发全套学习资料》送给大家，初衷也很简单，就是希望帮助到想自学又不知道该从何学起的朋友，同时减轻大家的负担。添加下方名片，即可获取全套学习资料哦

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