7 种异步编程实现方式！性能炸裂！！拿捏了-蒲公英云

最近有很多小伙伴给我留言，能不能总结下异步编程，今天就和大家简单聊聊这个话题。

早期的系统是同步的，容易理解，我们来看个例子

同步编程

当用户创建一笔电商交易订单时，要经历的业务逻辑流程还是很长的，每一步都要耗费一定的时间，那么整体的 RT 就会比较长。

异步编程

于是，聪明的人们开始思考能不能将一些非核心业务从主流程中剥离出来，于是有了异步编程雏形。

异步编程是让程序并发运行的一种手段。它允许多个事件同时发生，当程序调用需要长时间运行的方法时，它不会阻塞当前的执行流程，程序可以继续运行。

核心思路：采用多线程优化性能，将串行操作变成并行操作。异步模式设计的程序可以显著减少线程等待，从而在高吞吐量场景中，极大提升系统的整体性能，显著降低时延。

接下来，我们来讲下异步有哪些编程实现方式。

一、Thread

直接继承 Thread类 是创建异步线程最简单的方式。

首先，创建 Thread 子类，普通类或匿名内部类方式；然后创建子类实例；最后通过 start()方法启动线程。

public class AsyncThread extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("当前线程名称:" + this.getName() + ", 执行线程名称:" + Thread.currentThread().getName() + "-hello");
    }
}
public static void main(String[] args) {
    // 模拟业务流程
    // .......
    // 创建异步线程
    AsyncThread asyncThread = new AsyncThread();
    // 启动异步线程
    asyncThread.start();
}

当然如果每次都创建一个 Thread 线程，频繁的创建、销毁，浪费系统资源。我们可以采用线程池

@Bean(name = "executorService")
public ExecutorService downloadExecutorService() {
    return new ThreadPoolExecutor(20, 40, 60, TimeUnit.SECONDS, new ArrayBlockingQueue<>(2000),
            new ThreadFactoryBuilder().setNameFormat("defaultExecutorService-%d").build(),
            (r, executor) -> log.error("defaultExecutor pool is full! "));
}

将业务逻辑封装到 Runnable 或 Callable 中，交由 线程池 来执行

二、Future

上述方式虽然达到了多线程并行处理，但有些业务不仅仅要执行过程，还要获取执行结果。

Java 从 1.5 版本开始，提供了 Callable 和 Future，可以在任务执行完毕之后得到任务执行结果。

当然也提供了其他功能，如：取消任务、查询任务是否完成等

Future 类位于 java.util.concurrent 包下，接口定义：

public interface Future<V> {
    boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);
    boolean isCancelled();
    boolean isDone();
    V get() throws InterruptedException, ExecutionException;
    V get(long timeout, TimeUnit unit)
        throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;
}

方法描述：

cancel() ：取消任务，如果取消任务成功返回 true，如果取消任务失败则返回 false
isCancelled()：表示任务是否被取消成功，如果在任务正常完成前被取消成功，则返回 true
isDone()：表示任务是否已经完成，如果完成，返回 true
get()：获取执行结果，这个方法会产生阻塞，会一直等到任务执行完毕才返回
get(long timeout, TimeUnit unit)：用来获取执行结果，如果在指定时间内，还没获取到结果，就直接返回 null

代码示例：

public class CallableAndFuture {
    public static ExecutorService executorService = new ThreadPoolExecutor(4, 40,
            0L, TimeUnit.MILLISECONDS,
            new LinkedBlockingQueue<Runnable>(1024), new ThreadFactoryBuilder()
            .setNameFormat("demo-pool-%d").build(), new ThreadPoolExecutor.AbortPolicy());
    static class MyCallable implements Callable<String> {
        @Override
        public String call() throws Exception {
            return "异步处理，Callable 返回结果";
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        Future<String> future = executorService.submit(new MyCallable());
        try {
            System.out.println(future.get());
        } catch (Exception e) {
            // nodo
        } finally {
            executorService.shutdown();
        }
    }
}

Future 表示一个可能还没有完成的异步任务的结果，通过 get 方法获取执行结果，该方法会阻塞直到任务返回结果。

三、FutureTask

FutureTask 实现了 RunnableFuture 接口，则 RunnableFuture 接口继承了Runnable 接口和 Future 接口，所以可以将 FutureTask 对象作为任务提交给 ThreadPoolExecutor 去执行，也可以直接被 Thread 执行；又因为实现了Future 接口，所以也能用来获得任务的执行结果。

FutureTask 构造函数：

public FutureTask(Callable<V> callable)
public FutureTask(Runnable runnable, V result)

FutureTask 常用来封装 Callable 和 Runnable，可以作为一个任务提交到线程池中执行。除了作为一个独立的类之外，也提供了一些功能性函数供我们创建自定义 task 类使用。

FutureTask 线程安全由 CAS 来保证。

ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool();
// FutureTask包装callbale任务，再交给线程池执行
FutureTask<Integer> futureTask = new FutureTask<>(() -> {
    System.out.println("子线程开始计算：");
    Integer sum = 0;
    for (int i = 1; i <= 100; i++)
        sum += i;
    return sum;
});
// 线程池执行任务， 运行结果在 futureTask 对象里面
executor.submit(futureTask);
try {
    System.out.println("task运行结果计算的总和为：" + futureTask.get());
} catch (Exception e) {
    e.printStackTrace();
}
executor.shutdown();

Callable 和 Future 的区别：Callable 用于产生结果，Future 用于获取结果

如果是对多个任务多次自由串行、或并行组合，涉及多个线程之间同步阻塞获取结果，Future 代码实现会比较繁琐，需要我们手动处理各个交叉点，很容易出错。

四、异步框架 CompletableFuture

Future 类通过 get() 方法阻塞等待获取异步执行的运行结果，性能比较差。

JDK1.8 中，Java 提供了 CompletableFuture 类，它是基于异步函数式编程。相对阻塞式等待返回结果，CompletableFuture 可以通过回调的方式来处理计算结果，实现了异步非阻塞，性能更优。

优点：

异步任务结束时，会自动回调某个对象的方法
异步任务出错时，会自动回调某个对象的方法
主线程设置好回调后，不再关心异步任务的执行

泡茶示例：

//任务1：洗水壶->烧开水
CompletableFuture<Void> f1 =
        CompletableFuture.runAsync(() -> {
            System.out.println("T1:洗水壶...");
            sleep(1, TimeUnit.SECONDS);
            System.out.println("T1:烧开水...");
            sleep(15, TimeUnit.SECONDS);
        });
//任务2：洗茶壶->洗茶杯->拿茶叶
CompletableFuture<String> f2 =
        CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println("T2:洗茶壶...");
            sleep(1, TimeUnit.SECONDS);
            System.out.println("T2:洗茶杯...");
            sleep(2, TimeUnit.SECONDS);
            System.out.println("T2:拿茶叶...");
            sleep(1, TimeUnit.SECONDS);
            return "龙井";
        });
//任务3：任务1和任务2完成后执行：泡茶
CompletableFuture<String> f3 =
        f1.thenCombine(f2, (__, tf) -> {
            System.out.println("T1:拿到茶叶:" + tf);
            System.out.println("T1:泡茶...");
            return "上茶:" + tf;
        });
//等待任务3执行结果
System.out.println(f3.join());
}