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(Runnable listener, Executor executor)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：Callback Hell（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Google Guava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<U>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 Reactive Programming 思想，符合 Reactive Streams 规范的一项技术；
Reactive
反应式宣言-反应式宣言
Reactive Streams
介绍
官网-https://www.reactive-streams.org/?spm=a2c6h.12873639.0.0.edf277a6wQI9QB
简介：
Reactive Streams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reactive streams的类库-Reactor 3 Reference Guide
相似的类库有RxJava2, JDK9 Flow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
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