java中如何實(shí)現(xiàn)異步編程

這篇文章給大家介紹java中如何實(shí)現(xiàn)異步編程，內(nèi)容非常詳細(xì)，感興趣的小伙伴們可以參考借鑒，希望對大家能有所幫助。

很多時(shí)候我們都希望能夠最大的利用資源，比如在進(jìn)行IO操作的時(shí)候盡可能的避免同步阻塞的等待，因?yàn)檫@會(huì)浪費(fèi)CPU的資源。如果在有可讀的數(shù)據(jù)的時(shí)候能夠通知程序執(zhí)行讀操作甚至由操作系統(tǒng)內(nèi)核幫助我們完成數(shù)據(jù)的拷貝，這再好不過了。從NIO到CompletableFuture、Lambda、Fork/Join，java一直在努力讓程序盡可能變的異步甚至擁有更高的并行度，這一點(diǎn)一些函數(shù)式語言做的比較好，因此java也或多或少的借鑒了某些特性。下面介紹一種非常常用的實(shí)現(xiàn)異步操作的方式。

考慮有一個(gè)耗時(shí)的操作，操作完后會(huì)返回一個(gè)結(jié)果（不管是正常結(jié)果還是異常），程序如果想擁有比較好的性能不可能由線程去等待操作的完成，而是應(yīng)該采用listener模式。jdk并發(fā)包里的Future代表了未來的某個(gè)結(jié)果，當(dāng)我們向線程池中提交任務(wù)的時(shí)候會(huì)返回該對象。代碼例子：

/**
 * jdk1.8之前的Future
 * 
 * @author Administrator
 *
 */
public class JavaFuture {
	public static void main(String[] args) throws Throwable, ExecutionException {
		ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(1);
		// Future代表了線程執(zhí)行完以后的結(jié)果，可以通過future獲得執(zhí)行的結(jié)果
		// 但是jdk1.8之前的Future有點(diǎn)雞肋，并不能實(shí)現(xiàn)真正的異步，需要阻塞的獲取結(jié)果，或者不斷的輪詢
		// 通常我們希望當(dāng)線程執(zhí)行完一些耗時(shí)的任務(wù)后，能夠自動(dòng)的通知我們結(jié)果，很遺憾這在原生jdk1.8之前
		// 是不支持的，但是我們可以通過第三方的庫實(shí)現(xiàn)真正的異步回調(diào)
		Future<String> f = executor.submit(new Callable<String>() {
 
			@Override
			public String call() throws Exception {
				System.out.println("task started!");
				Thread.sleep(3000);
				System.out.println("task finished!");
				return "hello";
			}
		});
 
		//此處阻塞main線程
		System.out.println(f.get());
		System.out.println("main thread is blocked");
	}
}

如果想獲得耗時(shí)操作的結(jié)果，可以通過get方法獲取，但是該方法會(huì)阻塞當(dāng)前線程，我們可以在做完剩下的某些工作的時(shí)候調(diào)用get方法試圖去獲取結(jié)果，也可以調(diào)用非阻塞的方法isDone來確定操作是否完成，這種方式有點(diǎn)兒類似下面的過程：

這種方式對流程的控制很混亂，但是在jdk1.8之前只提供了這種笨拙的實(shí)現(xiàn)方式，以至于很多高性能的框架都實(shí)現(xiàn)了自己的一套異步框架，比如Netty和Guava，下面分別介紹下這三種異步的實(shí)現(xiàn)方式（包括jdk1.8）。首先是Guava中的實(shí)現(xiàn)方式：

package guava;
 
import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
 
import com.google.common.util.concurrent.FutureCallback;
import com.google.common.util.concurrent.Futures;
import com.google.common.util.concurrent.ListenableFuture;
import com.google.common.util.concurrent.ListeningExecutorService;
import com.google.common.util.concurrent.MoreExecutors;
 
/**
 * Guava中的Future
 * 
 * @author Administrator
 *
 */
public class GuavaFuture {
	public static void main(String[] args) {
		ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(1);
 
		// 使用guava提供的MoreExecutors工具類包裝原始的線程池
		ListeningExecutorService listeningExecutor = MoreExecutors.listeningDecorator(executor);
		//向線程池中提交一個(gè)任務(wù)后，將會(huì)返回一個(gè)可監(jiān)聽的Future，該Future由Guava框架提供
		ListenableFuture<String> lf = listeningExecutor.submit(new Callable<String>() {
 
			@Override
			public String call() throws Exception {
				System.out.println("task started!");
				//模擬耗時(shí)操作
				Thread.sleep(3000);
				System.out.println("task finished!");
				return "hello";
			}
		});
		//添加回調(diào)，回調(diào)由executor中的線程觸發(fā)，但也可以指定一個(gè)新的線程
		Futures.addCallback(lf, new FutureCallback<String>() {
 
			//耗時(shí)任務(wù)執(zhí)行失敗后回調(diào)該方法
			@Override
			public void onFailure(Throwable t) {
				System.out.println("failure");
			}
			
			//耗時(shí)任務(wù)執(zhí)行成功后回調(diào)該方法
			@Override
			public void onSuccess(String s) {
				System.out.println("success " + s);
			}
		});
		
		//主線程可以繼續(xù)做其他的工作
		System.out.println("main thread is running");
	}
}

Guava提供了一套完整的異步框架，核心是可監(jiān)聽的Future，通過注冊監(jiān)聽器或者回調(diào)方法實(shí)現(xiàn)及時(shí)獲取操作結(jié)果的能力。需要提一點(diǎn)的是，假設(shè)添加監(jiān)聽的時(shí)候耗時(shí)操作已經(jīng)執(zhí)行完了，此時(shí)回調(diào)方法會(huì)被立即執(zhí)行并不會(huì)丟失。想探究其實(shí)現(xiàn)方式的話可以跟一下源碼，底層的原理并不難。

談到異步編程就不得不提一下Promise，很多函數(shù)式語言比如js原生支持Promise，但是在java界也有一些promise框架，其中就有大名鼎鼎的Netty。從Future、Callback到Promise甚至線程池，Netty實(shí)現(xiàn)了一套完整的異步框架，并且netty代碼中也大量使用了Promise，下面是Netty中的例子：

package netty_promise;
 
import io.netty.util.concurrent.DefaultEventExecutorGroup;
import io.netty.util.concurrent.EventExecutorGroup;
import io.netty.util.concurrent.Future;
import io.netty.util.concurrent.FutureListener;
 
/**
 * netty中的promise
 * 
 * @author Administrator
 *
 */
public class PromiseTest {
	@SuppressWarnings({ "unchecked", "rawtypes" })
	public static void main(String[] args) throws Throwable {
		//線程池
		EventExecutorGroup group = new DefaultEventExecutorGroup(1);
		//向線程池中提交任務(wù)，并返回Future，該Future是netty自己實(shí)現(xiàn)的future
		//位于io.netty.util.concurrent包下，此處運(yùn)行時(shí)的類型為PromiseTask
		Future<?> f = group.submit(new Runnable() {
			
			@Override
			public void run() {
				System.out.println("任務(wù)正在執(zhí)行");
				//模擬耗時(shí)操作，比如IO操作
				try {
					Thread.sleep(1000);
				} catch (InterruptedException e) {
					e.printStackTrace();
				}
				System.out.println("任務(wù)執(zhí)行完畢");
			}
		});
		//增加監(jiān)聽
		f.addListener( new FutureListener() {
			@Override
			public void operationComplete(Future arg0) throws Exception {
				System.out.println("ok!!!");
			}
		});
		System.out.println("main thread is running.");
	}
}

直到j(luò)dk1.8才算真正支持了異步操作，其中借鑒了某些框架的實(shí)現(xiàn)思想，但又有新的功能，同時(shí)在jdk1.8中提供了lambda表達(dá)式，使得java向函數(shù)式語言又靠近了一步。借助jdk原生的CompletableFuture可以實(shí)現(xiàn)異步的操作，同時(shí)結(jié)合lambada表達(dá)式大大簡化了代碼量。代碼例子如下：

package netty_promise;
 
import java.util.concurrent.CompletableFuture;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.function.Supplier;
 
/**
 * 基于jdk1.8實(shí)現(xiàn)任務(wù)異步處理
 * 
 * @author Administrator
 *
 */
public class JavaPromise {
	public static void main(String[] args) throws Throwable, ExecutionException {
		// 兩個(gè)線程的線程池
		ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(2);
		//jdk1.8之前的實(shí)現(xiàn)方式
		CompletableFuture<String> future = CompletableFuture.supplyAsync(new Supplier<String>() {
			@Override
			public String get() {
				System.out.println("task started!");
				try {
					//模擬耗時(shí)操作
					Thread.sleep(2000);
				} catch (InterruptedException e) {
					e.printStackTrace();
				}
				return "task finished!";
			}
		}, executor);
 
		//采用lambada的實(shí)現(xiàn)方式
		future.thenAccept(e -> System.out.println(e + " ok"));
		
		System.out.println("main thread is running");
	}
}

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