java异步编程

Posted 2021-03-11 先让我睡饱

Q：为何要采用异步编程

A：异步编程首先不会节约线程，因为异步操作都会重新开一个线程。异步编程是提高了CPU的使用率，采用同步编程的方式，整个服务器的所有线程大部分都没有在工作，而是在等待。因为线程同步操作

要等整个事件处理完成才能提交，所以CPU的利用率很低；当采用异步编程，线程不需要等待，减少时间分片的占用，提高系统的吞吐量。在超高请求数量场景下，异步的实现不再需要线程等待执行结果，只需要个位数量的线程，即可实现同步场景大量线程一样的吞吐量。

 

举例：

　　　实现一个转账的微服务 Transfer( accountFrom, accountTo, amount)，这个服务有三个参数：

分别是转出账户、转入账户和转账金额。

　　实现过程也比较简单，我们要从账户 A 中转账 100 元到账户 B 中：先从 A 的账户中减去 100 元；再给 B 的账户加上 100 元，转账完成。

　　采用同步操作：

　　

Transfer(accountFrom, accountTo, amount) {
// 先从accountFrom的账户中减去相应的钱数
Add(accountFrom, -1 * amount)
// 再把减去的钱数加到accountTo的账户中
Add(accountTo, amount)
return OK
}

 

　　同步操作我们很容易想到的，那同步操作的效率怎么样呢？　

　　假设内部add方法执行效率在50ms，那一个线程执行烧水泡茶的时延在100ms,按照这种实现，每个线程每分钟最多处理10个请求，假设我们使用的服务器同时打开的线程数量上限是 10,000，
可以计算出这台服务器每秒钟可以处理的请求上限是： 10,000 （个线程）* 10（次请求每秒） = 100,000 次每秒。如果请求速度超过这个值，那么请求就不能被马上处理，只能阻塞或者排队，
这时候 Transfer 服务的响应时延由 100ms 延长到了：排队的等待时延 + 处理时延 (100ms)。也就是说，在大量请求的情况下，我们的微服务的平均响应时延变长了。 这已经到CPU的极限了吗？
其实不然，如果我们监测一下服务器的各项指标，会发现无论是 CPU、内存，还是网卡流量或者是磁盘的 IO 都空闲的很，多大部分线程都在等待每一个服务返回结果。

　　
　　

　　采用异步操作：

 　　是在线程模型上由同步顺序调用改为了异步调用和回调的机制。

　　接下来，我们来看下，如何用 CompletableFuture 实现的转账服务。

　　首先，我们用 CompletableFuture 定义 2 个微服务的接口：

　　

/**
 * 账户服务
 */
public interface AccountService {
    /**
     * 变更账户金额
     * @param account 账户ID
     * @param amount 增加的金额，负值为减少
     */
    CompletableFuture<Void> add(int account, int amount);
}

/**
 * 转账服务
 */
public interface TransferService {
    /**
     * 异步转账服务
     * @param fromAccount 转出账户
     * @param toAccount 转入账户
     * @param amount 转账金额，单位分
     */
    CompletableFuture<Void> transfer(int fromAccount, int toAccount, int amount);
}

/**
 * 转账服务的实现
 */
public class TransferServiceImpl implements TransferService {
    @Inject
    private  AccountService accountService; // 使用依赖注入获取账户服务的实例
    @Override
    public CompletableFuture<Void> transfer(int fromAccount, int toAccount, int amount) {
      // 异步调用add方法从fromAccount扣减相应金额
      return accountService.add(fromAccount, -1 * amount)
      // 然后调用add方法给toAccount增加相应金额
      .thenCompose(v -> accountService.add(toAccount, amount));    
    }
}

　　我们先调用一次账户服务 accountService.add() 方法从 fromAccount 扣减响应的金额，因为 add() 方法返回的就是一个 CompletableFeture 对象，可以用 CompletableFeture 的 thenCompose() 方法将下一次调用 accountService.add() 串联起来，实现异步依次调用两次账户服务完整转账。