别说你不知道什么是异步编程的Future!

别说你不知道什么是异步编程的Future!
2020年08月11日 15:27 CSDN程序人生

作者 | why技术

来源 | why技术(ID:hello_hi_why)

你就是写了个假异步

先去我的第一篇公众号文章中拿张图片:《Dobbo 2.7新特性之异步化改造》。

这是 rpc 的四种调用方式:

文本主要分享这个 future 的调用方式,不讲 Dubbo 框架,这里只是一个引子。

谈到 future 的时候大家都会想到异步编程。但是你仔细看框起来这里:

客户端线程调用 future.get() 方法的时候还是会阻塞当前线程的。

我倒是觉得这充其量只能算一个缩减版的异步编程。

本文将带你从缩减版的 future 聊到升级版的 Google Guava 的 future,最后谈谈加强版的 future 。

先聊聊线程池的提交方式

谈到 Future 的时候,我们基本上就会想到线程池,想到它的几种提交方式。

先是最简单的,execute 方式提交,不关心返回值的,直接往线程池里面扔任务就完事:

publicclassJDKThreadPoolExecutorTest {

publicstaticvoidmain(String[] args) throws Exception {

        ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(2560, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue(10));

//execute(Runnable command)方法。没有返回值

        executor.execute(() -> {

            System.out.println("关注why技术");

        });

        Thread.currentThread().join();

    }

}

可以看一下 execute 方法,接受一个 Runnable 方法,返回类型是 void:

然后是 submit 方法。你知道线程池有几种 submit 方法吗?

有三种 submit。这三种按照提交任务的类型来算分为两个类型。

提交执行 Runnable 类型的任务。

提交执行 Callable 类型的任务。

但是返回值都是 Future,这才是我们关心的东西。

也许你知道线程池有三种 submit 方法,但是也许你根本不知道里面的任务分为两种类型,你就只知道往线程池里面扔,也不管扔的是什么类型的任务。

我们先看一下 Callable 类型的任务是怎么执行的:

publicclassJDKThreadPoolExecutorTest {

publicstaticvoidmain(String[] args) throws Exception {

        ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(2560, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue(10));

        Future

 future = executor.submit(() -> {

            System.out.println("关注why技术");

return"这次一定!";

        });

        System.out.println("future的内容:" + future.get());

        Thread.currentThread().join();

    }

}

这里利用 lambda 表达式,直接在任务体里面带上一个返回值,这时你看调用的方法就变成了这个:

运行结果也能拿到任务体里面的返回了。输出结果如下:

好,接下来再说说 submit 的任务为 Runable 类型的情况。

这个时候有两个重载的形式:

标号为 ① 的方法扔进去一个 Runable 的任务,返回一个 Future,而这个返回的 Future,相当于是返回了一个寂寞。下面我会说到原因。

标号为 ② 的方法扔进去一个 Runable 的任务的同时,再扔进去一个泛型 T ,而巧好返回的 Future 里面的泛型也是 T,那么我们大胆的猜测一下这就是同一个对象。如果是同一个对象,说明我们可以一个对象传到任务体里面去一顿操作,然后通过 Future 再次拿到这个对象的。一会就去验证。

来,先验证标号为 ① 的方法,我为啥说它返回了一个寂寞。

首先,还是先把测试案例放在这里:

publicclassJDKThreadPoolExecutorTest {

publicstaticvoidmain(String[] args) throws Exception {

        ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(2560, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue(10));

        Future future = executor.submit(() -> {

            System.out.println("关注why技术");

        });

        System.out.println("future的内容:" + future.get());

        Thread.currentThread().join();

    }

}

可以看到,确实是调用的标号为 ① 的方法:

同时,我们也可以看到 future.get() 方法的返回值为 null。

你说,这不是返回了一个寂寞是干啥?

当你想用标号为 ① 的方法时,我劝你直接用 execute 方式提交任务。还不需要构建一个寂寞的返回值,徒增无用对象。

接下来,我们看看标号为 ② 的方法是怎么用的:

publicclassJDKThreadPoolExecutorTest {

publicstaticvoidmain(String[] args) throws Exception {

        ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(2560, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue(10));

        AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger();

        Future future = executor.submit(() -> {

            System.out.println("关注why技术");

//在这里进行计算逻辑

            atomicInteger.set(5201314);

        }, atomicInteger);

        System.out.println("future的内容:" + future.get());

        Thread.currentThread().join();

    }

}

可以看到改造之后,确实是调用了标号为 ② 的方法:

future.get() 方法的输出值也是异步任务中我们经过计算后得出的 5201314。

好了。综上,线程池的提交方式一共有四种:一种 execute,无返回值。三种 submit,有返回值。

submit 中按照提交任务的类型又分为两种:一个是 Callable,一个是 Runable。

submit 中 Runable 的任务类型又有两个重载方法,一个返回了个寂寞,一个返回了个对象。

这个时候就有人要站出来说:你说的不对,你就是瞎说,明明就只有 execute 这一种提交方式。

是的,“只有 execute 这一种提交方式”这一种说法也是没错的。

请看源码:

三种 submit 方法里面调用的都是 execute 方法。

能把前面这些方法娓娓道来,从表面谈到内在的这种人,才是好人。

只有爱你,才会把你研究透。

当然,还有这几种提交方式,用的不多,就不展开说了:

写到这里我不禁想起了我的第三篇文章,真是奇怪的时间线开始收缩了的感觉,《有的线程它死了,于是它变成一道面试题》,这篇文章里面聊到了不同提交方式,对于异常的不同处理方式。

我就问你:一个线程池中的线程异常了,那么线程池会怎么处理这个线程?

你要是不知道,可以去看看这篇文章,毕竟,有可能在面试的时候遇到的。

好,上面这些东西捋清楚了之后。我们再聚焦到返回值 Future 上:

从上面的代码我们可以看出,当我们想要返回值的时候,都需要调用下面的这个 get() 方法:

而从这个方法的描述可以看出,这是一个阻塞方法。拿不到值就在那里等着。当然,还有一个带超时时间的 get 方法,等指定时间后就不等了。

总之就是有可能要等的。只要等,那么就是阻塞。只要是阻塞,就是一个假异步。

所以总结一下这种场景下返回的 Future 的不足之处:

只有主动调用 get 方法去获取值,但是有可能值还没准备好,就阻塞等待。

任务处理过程中出现异常会把异常隐藏,封装到 Future 里面去,只有调用 get 方法的时候才知道异常了。

写到这里的时候我不禁想起一个形象的例子,我给你举一个。

假设你想约你的女神一起去吃饭。女神嘛,肯定是要先画个美美的妆才会出去逛街的。而女神化妆就可以类比为我们提交的一个异步任务。

假设你是一个小屌丝,那么女神就会对你说:我已经开始化妆了,你到楼下了就给我打电话。

然后你就收拾行头准备出发,这就是你提交异步任务后还可以做一些自己的事情。

你花了一小时到了女神楼下,打电话给她:女神你好,我到你楼下了。

女神说:你先等着吧,我的妆还没画好呢。

于是你开始等待,无尽的等待。这就是不带超时时间的 future.get() 方法。

也有可能你硬气一点,对女神说:我最多再等 24 小时哈,超过 24 小时不下楼,我就走了。

这就是带超时时间的 future.get(timeout,unit) 方法:

结果 24 小时之后,女神还没下来,你就走了。

当然,还有一种情况就是你到楼下给女神打电话,女神说:哎,今天我男神约我出去看电影,就不和你去吃饭了哈。本来我想提前给你说的,但是我又记不起你电话,只有你打过来我才能告诉你。就这样,你自己玩去吧。

这就相当于异步任务执行过程中抛出了异常,而你只有在调用了 get 方法(打电话操作)之后才知道原来异常了。

而真正的异步是你不用等我,我好了我就叫你。

就像女神接到男神的电话时说的:我需要一点时间准备一下,你先玩自己的吧,我一会好了给你打电话。

这让我想起了好莱坞原则:Don't Call Us,We'll Call you!

接下来,让我们见识一下真正的异步。

什么叫真正的:“你先玩自己的,我一会好了叫你。”

Guava 的 Future

女神说的:“好了叫你”。

就是一种回调机制。说到回调,那么我们就需要在异步任务提交之后,注册一个回调函数就行。

Google 提供的 Guava 包里面对 JDK 的 Future 进行了扩展:

新增了一个 addListenter 方法,入参是一个 Runnable 的任务类型和一个线程池。

使用方法,先看代码:

publicclassJDKThreadPoolExecutorTest {

publicstaticvoidmain(String[] args) throws Exception {

        ListeningExecutorService executor = MoreExecutors.listeningDecorator(Executors.newCachedThreadPool());

        ListenableFuture

 listenableFuture = executor.submit(() -> {

            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-女神:我开始化妆了,好了我叫你。");

            TimeUnit.SECONDS.sleep(5);

return"化妆完毕了。";

        });

        listenableFuture.addListener(() -> {

try {

                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-future的内容:" + listenableFuture.get());

            } catch (Exception e) {

                e.printStackTrace();

            }

        }, executor);

        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-等女神化妆的时候可以干点自己的事情。");

        Thread.currentThread().join();

    }

}

首先创建线程池的方式变了,需要用 Guava 里面的 MoreExecutors 方法装饰一下:

ListeningExecutorService executor = MoreExecutors.listeningDecorator(Executors.newCachedThreadPool());

然后用装饰后的 executor 调用 submit 方法(任意一种),就会返回 ListenableFuture,拿到这个 ListenableFuture 之后,我们就可以在上面注册监听:

所以,上面的程序我们调用的是入参为 callable 类型的接口:

从运行结果可以看出来:获取运行结果是在另外的线程里面执行的,完全没有阻塞主线程。

和之前的“假异步”还是有很大区别的。

除了上面的 addListener 方法外,其实我更喜欢用 FutureCallback 的方式。

可以看一下代码,非常的直观:

publicclassJDKThreadPoolExecutorTest {

publicstaticvoidmain(String[] args) throws Exception {

        ListeningExecutorService executor = MoreExecutors.listeningDecorator(Executors.newCachedThreadPool());

        ListenableFuture

 listenableFuture = executor.submit(() -> {

            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-女神:我开始化妆了,好了我叫你。");

            TimeUnit.SECONDS.sleep(5);

return"化妆完毕了。";

        });

        Futures.addCallback(listenableFuture, new FutureCallback

() {

            @Override

publicvoidonSuccess(@Nullable String result) {

                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-future的内容:" + result);

            }

            @Override

publicvoidonFailure(Throwable t) {

                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-女神放你鸽子了。");

                t.printStackTrace();

            }

        });

        System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-等女神化妆的时候可以干点自己的事情。");

        Thread.currentThread().join();

    }

}

有 onSuccess 方法和 onFailure 方法。

上面的程序输出结果为:

如果异步任务执行的时候抛出了异常,比如女神被她的男神约走了,异步任务改成这样:

ListenableFuture

 listenableFuture = executor.submit(() -> {

            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-女神:我开始化妆了,好了我叫你。");

            TimeUnit.SECONDS.sleep(5);

thrownew Exception("男神约我看电影,就不和你吃饭了。");

        });

最终的运行结果就是这样:

是的,女神去看电影了。她一定只是不想吃饭而已。

加强版的Future - CompletableFuture

第一小节讲的 Future 是 JDK 1.5 时代的产物:

经过了这么多年的发展,Doug Lea 在 JDK 1.8 里面引入了新的 CompletableFuture:

到了 JDK 1.8 时代,这才是真正的异步编程。

CompletableFuture 实现了两个接口,一个是我们熟悉的 Future,一个是 CompletionStage。

CompletionStage接口,你看这个接口的名称中有一个 Stage:

可以把这个接口理解为一个任务的某个阶段。所以多个 CompletionStage 链接在一起就是一个任务链。前一个任务完成后,下一个任务就会自动触发。

CompletableFuture 里面的方法非常的多。

由于篇幅原因,我就只演示一个方法:

publicclassJDKThreadPoolExecutorTest {

publicstaticvoidmain(String[] args) throws Exception {

        CompletableFuture

 completableFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {

            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-女神:我开始化妆了,好了我叫你。");

try {

                TimeUnit.SECONDS.sleep(5);

            } catch (InterruptedException e) {

                e.printStackTrace();

            }

return"化妆完毕了。";

        });

        completableFuture.whenComplete((returnStr, exception) -> {

if (exception == null) {

                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + returnStr);

            } else {

                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "女神放你鸽子了。");

                exception.printStackTrace();

            }

        });

        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-等女神化妆的时候可以干点自己的事情。");

        Thread.currentThread().join();

    }

}

该方法的执行结果如下:

我们执行的时候并没有指定用什么线程池,但是从结果可以看到也是异步的执行。

从输出日志中是可以看出端倪的,ForkJoinPool.commonPool() 是其默认使用的线程池。

当然,我们也可以自己指定。

这个方法在很多开源框架里面使用的还是非常的多的。

接下来主要看看 CompletableFuture 对于异常的处理。我觉得非常的优雅。

不需要 try-catch 代码块包裹,也不需要调用 Future.get() 才知道异常了,它提供了一个 handle 方法,可以处理上游异步任务中出现的异常:

publicclassJDKThreadPoolExecutorTest {

publicstaticvoidmain(String[] args) throws Exception {

        CompletableFuture.supplyAsync(() -> {

            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-女神:我开始化妆了,好了我叫你。");

thrownew RuntimeException("男神约我看电影了,我们下次再约吧,你是个好人。");

        }).handleAsync((result, exception) -> {

if (exception != null) {

                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-女神放你鸽子了!");

return exception.getCause();

            } else {

return result;

            }

        }).thenApplyAsync((returnStr) -> {

            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-" + returnStr);

return returnStr;

        });

        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-等女神化妆的时候可以干点自己的事情。");

        Thread.currentThread().join();

    }

}

由于女神在化妆的时候,接到男神的电话约她看电影,就只能放你鸽子了。

所以,上面程序的输出结果如下:

如果,你顺利把女神约出来了,是这样的:

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