Scala之Future

Posted 2020-12-30 junjiang3

一、简介

Future提供了一套高效便捷的非阻塞并行操作管理方案。其基本思想很简单，所谓Future，指的是一类占位符对象，用于指代某些尚未完成的计算的结果。一般来说，由Future指代的计算都是并行执行的，计算完毕后可另行获取相关计算结果。以这种方式组织并行任务，便可以写出高效、异步、非阻塞的并行代码。

所谓Future，是一种用于指代某个尚未就绪的值的对象。而这个值，往往是某个计算过程的结果：

（1）若该计算过程尚未完成，我们就说该Future未就位；

（2）若该计算过程正常结束，或中途抛出异常，我们就说该Future已就位。

Future的就位分为两种情况：

（1）当Future带着某个值就位时，我们就说该Future携带计算结果成功就位。

（2）当Future因对应计算过程抛出异常而就绪，我们就说这个Future因该异常而失败。

Future的一个重要属性在于它只能被赋值一次。一旦给定了某个值或某个异常，future对象就变成了不可变对象——无法再被改写。

二、创建Future

创建future对象最简单的方法是调用future方法，该future方法启用异步(asynchronous)计算并返回保存有计算结果的futrue，一旦该future对象计算完成，其结果就变的可用。

下面，我们举一个例子来说明。假设我们使用某些流行的社交网络的假定API获取某个用户的朋友列表，我们将打开一个新对话(session)，然后发送一个请求来获取某个特定用户的好友列表。

import scala.concurrent._
import ExecutionContext.Implicits.global

val session = socialNetwork.createSessionFor("user", credentials)
val f: Future[List[Friend]] = Future {
  session.getFriends()
}

在上述例子中，然后我们初始化一个session变量来用作向服务器发送请求，用一个假想的 createSessionFor 方法来返回一个List[Friend]。为了获得朋友列表，我们必须通过网络发送一个请求，这个请求可能耗时很长。这能从调用getFriends方法得到解释。为了更好的利用CPU，响应到达前不应该阻塞(block)程序的其他部分执行，于是在计算中使用异步。future方法就是这样做的，它并行地执行指定的计算块，在这个例子中是向服务器发送请求和等待响应。一旦服务器响应，future f 中的好友列表将变得可用。

三、回调函数（Callbacks）

我们都知道Java中的Future并不是全异步的，当你需要Future里的值的时候，你只能用get去获取它，亦或者不断访问Future的状态，若完成再去取值，但其意义上便不是真正的异步了，它在获取值的时候是一个阻塞的操作，当然也就无法执行其他的操作，直到结果返回。

 但是在Scala中虽然也可以这么做，但是不推荐，因为Scala的Future提供了回调函数来获取它的结果。看如下例子：

val fut = Future {
  Thread.sleep(1000)
  1 + 1
}
fut onComplete {
  case Success(r) => println(s"the result is ${r}")
  case _ => println("some Exception")
}
println("I am working")
Thread.sleep(2000)

执行结果如下：

I am working
the result is 2

从结果中可以看出，我们在利用Callback方式来获取Future结果的时候并不会阻塞，而只是当Future完成后会自动调用onComplete，我们只需要根据它的结果再做处理即可，而其他互不依赖的操作可以继续执行不会阻塞。

四、Future组合

前面我们讲的较多的都是单个Future的情况，但是在真正实际应用时往往会遇到多个Future的情况，那么在Scala中是如何处理这种情况的呢？

我们首先来看下面这个例子，假设我们有一个用于进行货币交易服务的API，我们想要在有盈利的时候购进一些美元。让我们先来看看怎样用回调来解决这个问题。具体代码如下：

val rateQuote = Future {
  connection.getCurrentValue(USD)
}

rateQuote onSuccess { case quote =>
  val purchase = Future {
    if (isProfitable(quote)) connection.buy(amount, quote)
    else throw new Exception("not profitable")
  }

  purchase onSuccess {
    case _ => println("Purchased " + amount + " USD")
  }
}

从上面的代码中，我们可以看出，为了实现功能，我们将不得不在onSuccess的回调中重复这个模式，从而可能使代码过度嵌套，过于冗长，并且难以理解。另一方面，purchase只是定义在局部范围内–它只能被来自onSuccess内部的回调响应。这也就是说，这个应用的其他部分看不到purchase，而且不能为它注册其他的onSuccess回调，比如说卖掉些别的货币。

为解决上述的两个问题，futures提供了组合器（combinators）来使之具有更多易用的组合形式。映射（map）是最基本的组合器之一。下面我们看看重构后的代码如下：

val rateQuote = Future {
  connection.getCurrentValue(USD)
}

val purchase = rateQuote map { quote =>
  if (isProfitable(quote)) connection.buy(amount, quote)
  else throw new Exception("not profitable")
}

purchase onSuccess {
  case _ => println("Purchased " + amount + " USD")
}

我们可以看出，通过对rateQuote的映射我们减少了一次onSuccess的回调，更重要的是避免了嵌套。这时如果我们决定出售一些货币就可以再次使用purchase方法上的映射了。除了map组合器，Ftuture还提供了Future还拥有flatMap，filter和foreach等组合器。