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異步編程是讓程序并發(fā)運(yùn)行的一種手段。它允許多個(gè)事情 同時(shí)發(fā)生 ，當(dāng)程序調(diào)用需要長時(shí)間運(yùn)行的方法時(shí)，它不會阻塞當(dāng)前的執(zhí)行流程，程序可以繼續(xù)運(yùn)行，當(dāng)方法執(zhí)行完成時(shí)通知給主線程根據(jù)需要獲取其執(zhí)行結(jié)果或者失敗異常的原因。使用異步編程可以大大提高我們程序的吞吐量，可以更好的面對更高的并發(fā)場景并更好的利用現(xiàn)有的系統(tǒng)資源，同時(shí)也會一定程度上減少用戶的等待時(shí)間等。本文我們一起來看看在 Java 語言中使用異步編程有哪些方式。
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Thread 方式
在 Java 語言中最簡單使用異步編程的方式就是創(chuàng)建一個(gè) Thread 來實(shí)現(xiàn)，如果你使用的 JDK 版本是 8 以上的話，可以使用 Lambda 表達(dá)式 會更加簡潔。為了能更好的體現(xiàn)出異步的高效性，下面提供同步版本和異步版本的示例作為對照：
- /**
- * @author mghio
- * @since 2021-08-01
- */
- public class SyncWithAsyncDemo {
- public static void doOneThing() {
- try {
- Thread.sleep(2000);
- } catch (InterruptedException e) {
- e.printStackTrace();
- }
- System.out.println("doOneThing ---->>> success");
- }
- public static void doOtherThing() {
- try {
- Thread.sleep(2000);
- } catch (InterruptedException e) {
- e.printStackTrace();
- }
- System.out.println("doOtherThing ---->>> success");
- }
- public synchronized static void main(String[] args) throws InterruptedException {
- StopWatch stopWatch = new StopWatch("SyncWithAsyncDemo");
- stopWatch.start();
- // 同步調(diào)用版本
- // testSynchronize();
- // 異步調(diào)用版本
- testAsynchronize();
- stopWatch.stop();
- System.out.println(stopWatch);
- }
- private static void testAsynchronize() throws InterruptedException {
- System.out.println("-------------------- testAsynchronize --------------------");
- // 創(chuàng)建一個(gè)線程執(zhí)行 doOneThing
- Thread doOneThingThread = new Thread(SyncWithAsyncDemo::doOneThing, "doOneThing-Thread");
- doOneThingThread.start();
- doOtherThing();
- // 等待 doOneThing 線程執(zhí)行完成
- doOneThingThread.join();
- }
- private static void testSynchronize() {
- System.out.println("-------------------- testSynchronize --------------------");
- doOneThing();
- doOtherThing();
- }
- }
同步執(zhí)行的運(yùn)行如下：
注釋掉同步調(diào)用版本的代碼，得到異步執(zhí)行的結(jié)果如下：
從兩次的運(yùn)行結(jié)果可以看出，同步版本耗時(shí) 4002 ms ，異步版本執(zhí)行耗時(shí) 2064 ms ，異步執(zhí)行耗時(shí)減少將近一半，可以看出使用異步編程后可以大大縮短程序運(yùn)行時(shí)間。
上面的示例的異步線程代碼在 main 方法內(nèi)開啟了一個(gè)線程 doOneThing-Thread 用來異步執(zhí)行 doOneThing 任務(wù)，在這時(shí)該線程與 main 主線程并發(fā)運(yùn)行，也就是任務(wù) doOneThing 與任務(wù) doOtherThing 并發(fā)運(yùn)行，則等主線程運(yùn)行完 doOtherThing 任務(wù)后同步等待線程 doOneThing 運(yùn)行完畢，整體還是比較簡單的。
但是這個(gè)示例只能作為示例使用，如果用到了生產(chǎn)環(huán)境發(fā)生事故后果自負(fù)，使用上面這種 Thread 方式異步編程存在兩個(gè)明顯的問題。
- FutureTask
FutureTask 方式
自 JDK 1.5 開始，引入了 Future 接口和實(shí)現(xiàn) Future 接口的 FutureTask 類來表示異步計(jì)算結(jié)果。這個(gè) FutureTask 類不僅實(shí)現(xiàn)了 Future 接口還實(shí)現(xiàn)了 Runnable 接口，表示一種可生成結(jié)果的 Runnable 。其可以處于這三種狀態(tài)：
- 未啟動 當(dāng)創(chuàng)建一個(gè)
FutureTask沒有執(zhí)行FutureTask.run()方法之前 - 已啟動 在
FutureTask.run()方法執(zhí)行的過程中 - 已完成 在
FutureTask.run()方法正常執(zhí)行結(jié)果或者調(diào)用了FutureTask.cancel(boolean mayInterruptIfRunning)方法以及在調(diào)用FutureTask.run()方法的過程中發(fā)生異常結(jié)束后
FutureTask 類實(shí)現(xiàn)了 Future 接口的開啟和取消任務(wù)、查詢?nèi)蝿?wù)是否完成、獲取計(jì)算結(jié)果方法。要獲取 FutureTask 任務(wù)的結(jié)果，我們只能通過調(diào)用 getXXX() 系列方法才能獲取，當(dāng)結(jié)果還沒出來時(shí)候這些方法會被阻塞，同時(shí)這了任務(wù)可以是 Callable 類型（有返回結(jié)果），也可以是 Runnable 類型（無返回結(jié)果）。我們修改上面的示例把兩個(gè)任務(wù)方法修改為返回 String 類型，使用 FutureTask 的方法如下：
- private static void testFutureTask() throws ExecutionException, InterruptedException {
- System.out.println("-------------------- testFutureTask --------------------");
- // 創(chuàng)建一個(gè) FutureTask（doOneThing 任務(wù)）
- FutureTask
futureTask = new FutureTask<>(FutureTaskDemo::doOneThing); - // 使用線程池執(zhí)行 doOneThing 任務(wù)
- ForkJoinPool.commonPool().execute(futureTask);
- // 執(zhí)行 doOtherThing 任務(wù)
- String doOtherThingResult = doOtherThing();
- // 同步等待線程執(zhí)行 doOneThing 任務(wù)結(jié)束
- String doOneThingResult = futureTask.get();
- // 任務(wù)執(zhí)行結(jié)果輸出
- System.out.println("doOneThingResult ---->>> " + doOneThingResult);
- System.out.println("doOtherThingResult ---->>> " + doOtherThingResult);
- }
使用 FutureTask 異步編程方式的耗時(shí)和上面的 Thread 方式是差不多的，其本質(zhì)都是另起一個(gè)線程去做 doOneThing 任務(wù)然后等待返回，運(yùn)行結(jié)果如下：
這個(gè)示例中， doOneThing 和 doOtherThing 都是有返回值的任務(wù)（都返回 String 類型結(jié)果），我們在主線程 main 中創(chuàng)建一個(gè)異步任務(wù) FutureTask 來執(zhí)行 doOneThing ，然后使用 ForkJoinPool.commonPool() 創(chuàng)建線程池（有關(guān) ForkJoinPool 的介紹見這里），然后調(diào)用了線程池的 execute 方法把 futureTask 提交到線程池來執(zhí)行。
通過示例可以看到，雖然 FutureTask 提供了一些方法讓我們獲取任務(wù)的執(zhí)行結(jié)果、任務(wù)是否完成等，但是使用還是比較復(fù)雜，在一些較為復(fù)雜的場景（比如多個(gè) FutureTask 之間的關(guān)系表示）的編碼還是比較繁瑣，還是當(dāng)我們調(diào)用 getXXX() 系列方法時(shí)還是會在任務(wù)執(zhí)行完畢前阻塞調(diào)用線程，達(dá)不到異步編程的效果，基于這些問題，在 JDK 8 中引入了 CompletableFuture 類，下面來看看如何使用 CompletableFuture 來實(shí)現(xiàn)異步編程。
CompletableFuture 方式
JDK 8 中引入了 CompletableFuture 類，實(shí)現(xiàn)了 Future 和 CompletionStage 接口，為異步編程提供了一些列方法，如 supplyAsync 、 runAsync 和 thenApplyAsync 等，除此之外 CompletableFuture 還有一個(gè)重要的功能就是可以讓兩個(gè)或者多個(gè) CompletableFuture 進(jìn)行運(yùn)算來產(chǎn)生結(jié)果。代碼如下：
- /**
- * @author mghio
- * @since 2021-08-01
- */
- public class CompletableFutureDemo {
- public static CompletableFuture
doOneThing() { - return CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
- try {
- Thread.sleep(2000);
- } catch (InterruptedException e) {
- e.printStackTrace();
- }
- return "doOneThing";
- });
- }
- public static CompletableFuture
doOtherThing(String parameter) { - return CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
- try {
- Thread.sleep(2000);
- } catch (InterruptedException e) {
- e.printStackTrace();
- }
- return parameter + " " + "doOtherThing";
- });
- }
- public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
- StopWatch stopWatch = new StopWatch("CompletableFutureDemo");
- stopWatch.start();
- // 異步執(zhí)行版本
- testCompletableFuture();
- stopWatch.stop();
- System.out.println(stopWatch);
- }
- private static void testCompletableFuture() throws InterruptedException, ExecutionException {
- // 先執(zhí)行 doOneThing 任務(wù)，后執(zhí)行 doOtherThing 任務(wù)
- CompletableFuture
resultFuture = doOneThing().thenCompose(CompletableFutureDemo::doOtherThing); - // 獲取任務(wù)結(jié)果
- String doOneThingResult = resultFuture.get();
- // 獲取執(zhí)行結(jié)果
- System.out.println("DoOneThing and DoOtherThing execute finished. result = " + doOneThingResult);
- }
- }
執(zhí)行結(jié)果如下：
在主線程 main 中首先調(diào)用了方法 doOneThing() 方法開啟了一個(gè)異步任務(wù)，并返回了對應(yīng)的 CompletableFuture 對象，我們?nèi)∶麨?nbsp;doOneThingFuture ，然后在 doOneThingFuture 的基礎(chǔ)上使用 CompletableFuture 的 thenCompose() 方法，讓 doOneThingFuture 方法執(zhí)行完成后，使用其執(zhí)行結(jié)果作為 doOtherThing(String parameter) 方法的參數(shù)創(chuàng)建的異步任務(wù)返回。
我們不需要顯式使用 ExecutorService ，在 CompletableFuture 內(nèi)部使用的是 Fork/Join 框架異步處理任務(wù)，因此，它使我們編寫的異步代碼更加簡潔。此外， CompletableFuture 類功能很強(qiáng)大其提供了和很多方便的方法，更多關(guān)于 CompletableFuture 的使用請見這篇。
當(dāng)前名稱：Java異步編程的幾種方式
網(wǎng)頁路徑：http://m.fisionsoft.com.cn/article/dpogice.html
