别说你不知道什么是异步编程的Future!

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了别说你不知道什么是异步编程的Future!相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

别说你不知道什么是异步编程的Future!

作者 | why技术
来源 | why技术(ID:hello_hi_why)

别说你不知道什么是异步编程的Future!

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:
别说你不知道什么是异步编程的Future!
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:
别说你不知道什么是异步编程的Future!
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 。

别说你不知道什么是异步编程的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:
    
      
      
    
      
        
        
      
public class JDKThreadPoolExecutorTest {

    public static void main(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:
别说你不知道什么是异步编程的Future!
然后是 submit 方法。你知道线程池有几种 submit 方法吗?
别说你不知道什么是异步编程的Future!
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:
    
      
      
    
public class JDKThreadPoolExecutorTest {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(2560, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(10));
        Future<String> 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:
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运行结果也能拿到任务体里面的返回了。输出结果如下:
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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:
别说你不知道什么是异步编程的Future!
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:
    
      
      
    
      
        
        
      
public class JDKThreadPoolExecutorTest {

    public static void main(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:
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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:
    
      
      
    
      
        
        
      
public class JDKThreadPoolExecutorTest {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(2560, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(10));
        AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger();
        Future<AtomicInteger> 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:
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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:
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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:
别说你不知道什么是异步编程的Future!
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:
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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。
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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:
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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。”

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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:
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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:
    
      
      
    
      
        
        
      
public class JDKThreadPoolExecutorTest {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ListeningExecutorService executor = MoreExecutors.listeningDecorator(Executors.newCachedThreadPool());
        ListenableFuture<String> 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:
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所以,上面的程序我们调用的是入参为 callable 类型的接口:
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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。
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可以看一下代码,非常的直观:
    
      
      
    
      
        
        
      
public class JDKThreadPoolExecutorTest {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        ListeningExecutorService executor = MoreExecutors.listeningDecorator(Executors.newCachedThreadPool());
        ListenableFuture<String> 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<String>() {
            @Override
            public void onSuccess(@Nullable String result
{
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-future的内容:" + result);
            }

            @Override
            public void onFailure(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:
别说你不知道什么是异步编程的Future!
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<String> 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);
            throw new 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:
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是的,女神去看电影了。她一定只是不想吃饭而已。

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加强版的Future - CompletableFuture


第一小节讲的 Future 是 JDK 1.5 时代的产物:
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经过了这么多年的发展,Doug Lea 在 JDK 1.8 里面引入了新的 CompletableFuture:
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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:
    
      
      
    
      
        
        
      
public class JDKThreadPoolExecutorTest {

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        CompletableFuture<String> 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:
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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。
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当然,我们也可以自己指定。
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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:
    
      
      
    
      
        
        
      
public class JDKThreadPoolExecutorTest {

    public static void main(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。");
            throw new 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:
别说你不知道什么是异步编程的Future!
如果,你顺利把女神约出来了,是这样的:
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