在Java中使用异步编程
点击↑上方↑蓝色“编了个程”关注我~
每周至少一篇原创文章
这是本公众号的第 42 篇原创文章
最近在学习协程，打算输出几篇文章来介绍一下协程。而协程与异步有很大的关联，所以想先介绍一下异步。
异步是一种程序的运行方式，各种编程语言语言或多或少都对它有所支持。异步对于Java后端程序员来说并不是一种特别熟悉的概念，而安卓或者前端的同学可能会对异步这个概念会更熟悉一些。
程序同步和异步
同步是最简单也是最符合我们人类思维方式的编程方式，所谓同步，就是程序会按照代码一行行执行，执行完一句再执行下一句。
同步代码看起来是这样：
stepA();
stepB();
stepC();
...
stepA执行完后，开始执行stepB，stepB执行完后，执行stepC。
而有时候我们会有这样的需求：在后台执行一段程序。具体到我们这个案例来说，就是执行完stepA后，要开始执行stepB，但不用等stepB执行完，现在可以立即执行stepC。
于是异步编程就出来了。在Java语言里，我们可以创建一个新的线程（或者使用线程池）去执行异步任务：
stepA();
new Thread(() -> stepB()).start();
stepC();
这样，stepB就在另一个线程里面“异步”执行了，而stepC还是继续在当前线程里执行。
异步有什么好处呢？
有一个显而易见的好处：让程序“响应更快”。比如上述的case，如果stepB()任务比较耗时，比如发邮件操作。那使用同步的方式，程序需要等待卡在这里stepB完成才能往下走。而如果使用异步的方式，可以让stepB“后台”执行，不影响当前程序往下执行。
这在UI程序中尤为重要，毕竟界面的响应时间对用户的体验很大。所以涉及到UI的语言、框架是最先研究和尝试异步技术的。比如RxJava起源于安卓，Kotlin、Dart、JavaScript等语言也在UI程序中用得比较多。
而同样的，对于IO密集型的程序，使用异步也能够明显提升性能，大家熟悉的nginx、redis、netty等，其底层都是利用的操作系统的系统调用（比如Linux的epoll）来实现异步，达到高性能的表现。
使用异步
在Java中使用异步一般是用多线程来实现的。
正如我们上文提到的，我们可以启动一个新的线程去“后台”执行一个异步任务。当然，我们也可以把它扔进线程池里。
// 新建线程执行异步任务
new Thread(() -> stepB()).start();
但如果我们要使用异步的返回结果怎么办呢？比如常见的场景是请求另一个微服务的接口。
JDK 1.5提供了Callable和Future接口，用于实现“有返回值”的多线程任务。使用的时候一般是配合线程池使用：
public static void main(String[] args) throws Exception {
ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();
Future future = executor.submit(() -> {
// 模拟IO需要一秒
Thread.sleep(1000);
return "hello";
});
System.out.println("submitted");
// 这里会阻塞直到future.get返回值或者超时
System.out.println(future.get(2, TimeUnit.SECONDS));
executor.shutdown();
}
如果使用Future，我们在调用future.get()方法的时候，会阻塞直到异步任务返回结果或者抛异常或者超时。试想一下我们有这个需求：任务B1需要任务B的结果，任务C1需要任务C的结果，但它们彼此是独立的。如果使用Future我们得这样做：
stepA();
Future futureB = executor.submit(() -> stepB());
Future futureC = executor.submit(() -> stepC());
stepB1(futureB.get());
// 这一步必须等stepB1执行完
stepC1(futureC.get());
所以使用future其实还是会在调用get方法的时候阻塞主流程。那有没有什么办法不阻塞呢？解决办法是使用回调。
回调与回调地狱
所谓回调，在函数式编程语言中的说法就是，我传一个函数进去，等异步任务完成后，就执行这个函数。Java虽然不是函数式编程语言，但Java8也支持函数式编程。
假设我们的需求仅仅是把一个异步任务产生的结果字符串打印出来，我们可以这样写：
public static void main(String[] args) throws Exception {
Consumer callback = System.out::println;
new Thread(() -> {
// 模拟api调用，省略try-catch
Thread.sleep(1000);
// 假设这是调用第三方api返回的字符串
String s = "hello";
callback.accept(s);
}).start();
System.out.println("started");
}
甚至可以不用callback函数，直接在把程序代码段放到异步任务里面：
public static void main(String[] args) throws Exception {
new Thread(() -> {
// 模拟api调用，省略try-catch
Thread.sleep(1000);
// 假设这是调用第三方api返回的字符串
String s = "hello";
print(s);
}).start();
System.out.println("started");
}
private static void print(String str) {
System.out.println(str);
}
那如果异步任务需要的回调太多呢？比如我们需要先异步请求接口A，拿到结果后再去异步请求接口B，拿到结果后再去异步请求接口C：
public static void main(String[] args) throws Exception {
new Thread(() -> {
String resultA = callAPI("input", "a");
new Thread(() -> {
String resultB = callAPI(resultA, "b");
new Thread(() -> {
String resultC = callAPI(resultB, "c");
System.out.println(resultC);
}).start();
}).start();
}).start();
System.out.println("started");
}
private static String callAPI(String param, String mockRes) {
// 模拟api调用，省略try-catch
Thread.sleep(1000);
return mockRes;
}
有没有感觉这层层嵌套的代码比较难看？这就是臭名昭著的“回调地狱”。
Java 8提供了一个叫CompletableFuture类来支持一些异步功能，包括回调。它支持「链式调用」，可以在一定程度上解决“回调地狱”的问题。上述代码可以用CompletableFuture这样写:
public static void main(String[] args) throws Exception {
CompletableFuture.supplyAsync(() -> callAPI("input", "a"))
.thenApply(res -> callAPI(res, "b"))
.thenApply(res -> callAPI(res, "c"))
.thenAccept(System.out::println);
System.out.println("started");
// 等异步任务输出
Thread.sleep(20000);
}
->关于CompletableFuture的更多用法，可以参考我的个人网站yasinshaw.com上的文章《Java异步编程：Future及其扩展》
<-
响应式编程
响应式编程是另一种异步解决方案。它的主要应用场景是异步处理数据集合。对标的是同步的Iterable。这里有一个对比图：
比较典型的场景是UI产生的事件流（比如点击事件等）。
响应式编程的核心是“观察者模式”。客户端发送请求和，能够立即得到一个Stream返回，客户端订阅这个Stream来接收通知。等服务端有数据时，就会往Stream上发布数据，客户端就能够收到数据了。
Spring 5也支持响应式编程，并认为它将是未来web编程的一大趋势。响应流 API java.util.concurrent.flow 已正式成为 Java 9 的一部分。但目前发展还比较缓慢，大家对这个东西的接受度一般，可能是因为切换成本比较高，且目前webmvc能够满足大多数需求吧。
协程
看了一圈资料，很多文章在讨论协程是什么。我初步总结下来协程主要有两个作用：
可以用同步的方式写异步代码
可以在适当的时候挂起当前程序片段，在适当的时候恢复，这是代码可以控制的
协程由程序控制，在同一个线程内部工作，在IO成为瓶颈的绝大多数应用场景下，可以代替当前主流的多线程模型，省去线程切换的开销，提升吞吐量。
后面有空再详细介绍协程吧。
关于作者
我是Yasin，一个爱写博客的技术人
微信公众号：编了个程(blgcheng)
个人网站：https://yasinshaw.com
欢迎关注这个公众号
