线程2---异步1

Posted 2020-10-21 大佛拈花-GoSaint

　　在Java中什么是同步？什么是异步？对于这两个概念我们必须要明确。只有明确这两个概念，才会在明确在什么场景下使用同步以及异步。

　　在这里我可以形象的举个例子来辨明这两个概念：

　　1.同步与异步

　　同步和异步关注的是消息通信机制 (synchronous communication/ asynchronous communication)

　　所谓同步，就是在发出一个*调用*时，在没有得到结果之前，该*调用*就不返回。但是一旦调用返回，就得到返回值了。换句话说，就是由*调用者*主动等待这个*调用*的结果。

　　而异步则是相反，*调用*在发出之后，这个调用就直接返回了，所以没有返回结果。换句话说，当一个异步过程调用发出后，调用者不会立刻得到结果。而是在*调用*发出后，*被调用者*通过状态、通知来通知调用者，或通过回调函数处理这个调用。

　　典型的异步编程模型举个通俗的例子：你打电话问书店老板有没有《分布式系统》这本书，

　　如果是同步通信机制，书店老板会说，你稍等，”我查一下"，然后开始查啊查，等查好了（可能是5秒，也可能是一天）告诉你结果（返回结果）。

　　而异步通信机制，书店老板直接告诉你我查一下啊，查好了打电话给你，然后直接挂电话了（不返回结果）。然后查好了，他会主动打电话给你。

　　在这里老板通过“回电”这种方式来回调。

　　2. 阻塞与非阻塞阻塞和非阻塞关注的是程序在等待调用结果（消息，返回值）时的状态.阻塞调用是指调用结果返回之前，当前线程会被挂起。调用线程只有在得到结果之后才会返回。非阻塞调用指在不能立刻得到结果之前，该调用不会阻塞当前线程。还是上面的例子，

　　你打电话问书店老板有没有《分布式系统》这本书，你如果是阻塞式调用，你会一直把自己“挂起”，直到得到这本书有没有的结果，如果是非阻塞式调用，你不管老板有没有告诉你，你自己先一边去玩了， 当然你也要偶尔过几分钟check一下老板有没有返回结果。在这里阻塞与非阻塞与是否同步异步无关。跟老板通过什么方式回答你结果无关。

　　在开始解决上述问题之前我们来讨论下使用Callbale接口来创建线程。

@FunctionalInterface
public interface Callable<V> {
    /**
     * 返回一个任务的结果，或者抛出一个异常(如果不能计算结果)
     */
    V call() throws Exception;
}

Callable接口是一个函数式接口，其中call（）方法的返回值的类型就是Callable接口的泛型的类型。但是Callable接口怎么和线程扯上关系呢?  FutureTask类存在一个构造器：如下所示：

FutureTask(Callable<V> callable) 

其中的参数正式Callable接口对象；FutureTask类又是实现接口RunnableFuture接口：

public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V>

接着看：

public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> {
    
    void run();
}

最终的还是继承了Runnable接口和Future接口，为了说明关系，我们画出类图：

package com._thread;

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.FutureTask;

public class CallableThread implements Callable<String> {
    /**
     * 票的张数为50张，总共100个人买票
     */
    private int ticket = 50;// 表示票的张数

    @Override
    public String call() throws Exception {
        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            if (ticket > 0) {
                System.out.println("买票：ticket = " + this.ticket--);
            }
        }
        return "票卖光了！";
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException, ExecutionException {
        // 创建Callable接口对象  在这里我创建了两个任务对象
        Callable<String> callable1 = new CallableThread();
        Callable<String> callable2 = new CallableThread();
        // 将创建的callable任务对象存储在FutureTask对象中
        FutureTask<String> task1=new FutureTask<String>(callable1);
        FutureTask<String> task2=new FutureTask<String>(callable2);
        // 启动线程执行任务
        new Thread(task1).start();
        new Thread(task2).start();
        // 上述代码只是执行线程，callable接口是可以产生结果的，futuretask可以获取结果
        // 调用get()方法可以阻止当前执行的线程获取结果
        System.out.println("线程A的返回结果是:"+task1.get());
        System.out.println("线程B的返回结果是:"+task2.get());

    }
}

这是使用callable接口来创建线程的一种实现过程；好了现在让我们讨论Java异步编程吧！

上面的图可以说明我们的一个买书的过程，在Java中可以视这个操作为同步操作：

package com._thread;

public class SlowWorker {
    public SlowWorker() {}

    public void doWork() {
        try {
            System.out.println("==== 找书, 找书, 找书 ====== ");
            Thread.sleep(2000);
            System.out.println("==== OK! ======");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        SlowWorker worker = new SlowWorker();
        // 主线程模拟买书的人，doWork()方法模拟书店老板的行为！
        System.out.println("老板，我要买书" + new java.util.Date());
        worker.doWork();
        System.out.println("... 老板在找书的过程中我可以干些事情吗！....");

        System.out.println("书买到了" + new java.util.Date());
        System.exit(0);
    }
}

看运行结果：

老板，我要买书Sun Jan 21 01:49:35 CST 2018
==== 找书, 找书, 找书 ====== 
==== OK! ======
... 老板在找书的过程中我可以干些事情吗！....
书买到了Sun Jan 21 01:49:37 CST 2018

以上的操作确实是一种同步的操作；主线程运行开始后，调用doWork()方法，而doWork()方法需要休眠2s.但是主线程没有继续执行，而是等待了，大家是不是感觉这样做事很没有效率。换言之，如果你在书店买书，老板找一天，你会持续等待下去吗？

接下来我们谈谈ExecutorService这个接口，它可以表示线程池对象；当线程空闲时，它可以接受一个提交给ExecutorService的callable对象，当线程结束的时候，他会返回一个Future.

package com._thread;

import java.util.concurrent.Callable;
import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Future;

/**
 * 异步编程
 * @author gosaint
 *
 */
public class AsynchronousWorker {

    public AsynchronousWorker() {}
    
    public void doWork() {
        try {
            System.out.println("==== 找书, 找书, 找书 ====== ");
            Thread.sleep(2000);
            System.out.println("==== OK! ======");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        
        SlowWorker worker = new SlowWorker();
        // 主线程模拟买书的人，doWork()方法模拟书店老板的行为！
        System.out.println("老板，我要买书" + new java.util.Date());
        // 此时我们创建一个线程池，个数为3
        ExecutorService service = Executors.newFixedThreadPool(3);
        // 此时存在一个线程池对象，线程池对象提交任务，是一个callable接口
        Future<String> future = service.submit(new Callable<String>() {

            @Override
            public String call() throws Exception {
                new AsynchronousWorker().doWork(); 
                return null;
            }
        });
        System.out.println("... 老板在找书的过程中我可以干些事情吗！....");
        System.out.println("做爱做的事情！");
        
         try {
                 //调用此方法可以获取我们任务的执行结果，但是会阻止主线程的运行，直到得到一个结果
                future.get(); 
         } catch (InterruptedException e) {
             e.printStackTrace();
         } catch (ExecutionException e) {
             e.printStackTrace();
         }
        System.out.println("书买到了" + new java.util.Date());
        System.exit(0);
        
    }
    
    

}

运行结果如下：

老板，我要买书Sun Jan 21 02:16:13 CST 2018
... 老板在找书的过程中我可以干些事情吗！....
做爱做的事情！
==== 找书, 找书, 找书 ====== 
==== OK! ======
书买到了Sun Jan 21 02:16:15 CST 2018

　主线程开始运行，接着我们向ExecutorService提交了一个买书的任务，之后我们在干其他的事情。而最后呢，Future对象从ExecutorService获取到了执行的结果。我们调用get（）方法获取到了执行的结果；倘若我们没有这个调用，那么还是一个并行计算，那么老板找书的结果不会立马给我们返回的；