使用双异步后，如何保证数据一致性？

大家好，我是哪吒。

一、前情提要

在上一篇文章中，我们通过双异步的方式导入了10万行的Excel，有个小伙伴在评论区问我，如何保证插入后数据的一致性呢？

很简单，通过对比Excel文件行数和入库数量是否相等即可。

那么，如何获取异步线程的返回值呢？

二、通过Future获取异步返回值

我们可以通过给异步方法添加Future返回值的方式获取结果。

FutureTask 除了实现 Future 接口外，还实现了 Runnable 接口。因此，FutureTask 可以交给 Executor 执行，也可以由调用线程直接执行FutureTask.run(）。

1、FutureTask 是基于 AbstractQueuedSynchronizer实现的

AbstractQueuedSynchronizer简称AQS，它是一个同步框架，它提供通用机制来原子性管理同步状态、阻塞和唤醒线程，以及 维护被阻塞线程的队列。
基于 AQS 实现的同步器包括： ReentrantLock、Semaphore、ReentrantReadWriteLock、 CountDownLatch 和 FutureTask。

基于 AQS实现的同步器包含两种操作：

1. acquire，阻塞调用线程，直到AQS的状态允许这个线程继续执行，在FutureTask中，get()就是这个方法；
2. release，改变AQS的状态，使state变为非阻塞状态，在FutureTask中，可以通过run()和cancel()实现。

2、FutureTask执行流程

1. 执行@Async异步方法；
2. 建立新线程async-executor-X，执行Runnable的run()方法，（FutureTask实现RunnableFuture，RunnableFuture实现Runnable）；
3. 判断状态state；
   • 如果未新建或者不处于AQS，直接返回；
   • 否则进入COMPLETING状态，执行异步线程代码；
4. 如果执行cancel()方法改变AQS的状态时，会唤醒AQS等待队列中的第一个线程线程async-executor-1；
5. 线程async-executor-1被唤醒后
   • 将自己从AQS队列中移除；
   • 然后唤醒next线程async-executor-2；
   • 改变线程async-executor-1的state；
   • 等待get()线程取值。
6. next等待线程被唤醒后，循环线程async-executor-1的步骤
   • 被唤醒
   • 从AQS队列中移除
   • 唤醒next线程
   • 改变异步线程状态
7. 新建线程async-executor-N，监听异步方法的state
   • 如果处于EXCEPTIONAL以上状态，抛出异常；
   • 如果处于COMPLETING状态，加入AQS队列等待；
   • 如果处于NORMAL状态，返回结果；

3、get()方法执行流程

get()方法通过判断状态state观测异步线程是否已结束，如果结束直接将结果返回，否则会将等待节点扔进等待队列自旋，阻塞住线程。

自旋直至异步线程执行完毕，获取另一边的线程计算出结果或取消后，将等待队列里的所有节点依次唤醒并移除队列。

1. 如果state小于等于COMPLETING，表示任务还在执行中；
   • 如果线程被中断，从等待队列中移除等待节点WaitNode，抛出中断异常；
   • 如果state大于COMPLETING；
     • 如果已有等待节点WaitNode，将线程置空；
     • 返回当前状态；
   • 如果任务正在执行，让出时间片；
   • 如果还未构造等待节点，则new一个新的等待节点；
   • 如果未入队列，CAS尝试入队；
   • 如果有超时时间参数；
     • 计算超时时间；
     • 如果超时，则从等待队列中移除等待节点WaitNode，返回当前状态state；
     • 阻塞队列nanos毫秒。
   • 否则阻塞队列；
2. 如果state大于COMPLETING；
   • 如果执行完毕，返回结果；
   • 如果大于等于取消状态，则抛出异常。

很多小朋友对读源码，嗤之以鼻，工作3年、5年，还是没认真读过任何源码，觉得读了也没啥用，或者读了也看不懂~

其实，只要把源码的执行流程通过画图的形式呈现出来，你就会幡然醒悟，原来是这样的~

简而言之：

1. 如果异步线程还没执行完，则进入CAS自旋；
2. 其它线程获取结果或取消后，重新唤醒CAS队列中等待的线程；
3. 再通过get()判断状态state；
4. 直至返回结果或（取消、超时、异常）为止。

三、FutureTask源码具体分析

1、FutureTask源码

通过定义整形状态值，判断state大小，这个思想很有意思，值得学习。

public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> {
    /**
     * Sets this Future to the result of its computation
     * unless it has been cancelled.
     */
    void run();
}

public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V> {

	// 最初始的状态是new 新建状态
	private volatile int state;
    private static final int NEW          = 0; // 新建状态
    private static final int COMPLETING   = 1; // 完成中
    private static final int NORMAL       = 2; // 正常执行完
    private static final int EXCEPTIONAL  = 3; // 异常
    private static final int CANCELLED    = 4; // 取消
    private static final int INTERRUPTING = 5; // 正在中断
    private static final int INTERRUPTED  = 6; // 已中断

	public V get() throws InterruptedException, ExecutionException {
	    int s = state;
	    // 任务还在执行中
	    if (s <= COMPLETING)
	        s = awaitDone(false, 0L);
	    return report(s);
	}
	
	private int awaitDone(boolean timed, long nanos)
        throws InterruptedException {
        final long deadline = timed ? System.nanoTime() + nanos : 0L;
        WaitNode q = null;
        boolean queued = false;
        for (;;) {
        	// 线程被中断，从等待队列中移除等待节点WaitNode，抛出中断异常
            if (Thread.interrupted()) {
                removeWaiter(q);
                throw new InterruptedException();
            }

            int s = state;
            // 任务已执行完毕或取消
            if (s > COMPLETING) {
            	// 如果已有等待节点WaitNode，将线程置空
                if (q != null)
                    q.thread = null;
                return s;
            }
            // 任务正在执行，让出时间片
            else if (s == COMPLETING) // cannot time out yet
                Thread.yield();
            // 还未构造等待节点，则new一个新的等待节点
            else if (q == null)
                q = new WaitNode();
            // 未入队列，CAS尝试入队
            else if (!queued)
                queued = UNSAFE.compareAndSwapObject(this, waitersOffset,
                                                     q.next = waiters, q);
            // 如果有超时时间参数
            else if (timed) {
            	// 计算超时时间
                nanos = deadline - System.nanoTime();
                // 如果超时，则从等待队列中移除等待节点WaitNode，返回当前状态state
                if (nanos <= 0L) {
                    removeWaiter(q);
                    return state;
                }
                // 阻塞队列nanos毫秒
                LockSupport.parkNanos(this, nanos);
            }
            else
            	// 阻塞队列
                LockSupport.park(this);
        }
    }
    
	private V report(int s) throws ExecutionException {
		// 获取outcome中记录的返回结果
        Object x = outcome;
        // 如果执行完毕，返回结果
        if (s == NORMAL)
            return (V)x;
            // 如果大于等于取消状态，则抛出异常
        if (s >= CANCELLED)
            throw new CancellationException();
        throw new ExecutionException((Throwable)x);
    }
}

2、将异步方法的返回值改为Future，将返回值放到new AsyncResult<>();中；

@Async("async-executor")
public void readXls(String filePath, String filename) {
    try {
    	// 此代码为简化关键性代码
        List<Future<Integer>> futureList = new ArrayList<>();
        for (int time = 0; time < times; time++) {
            Future<Integer> sumFuture = readExcelDataAsyncFutureService.readXlsCacheAsync();
            futureList.add(sumFuture);
        }
    }catch (Exception e){
        logger.error("readXlsCacheAsync---插入数据异常：",e);
    }
}

@Async("async-executor")
public Future<Integer> readXlsCacheAsync() {
    try {
        // 此代码为简化关键性代码
        return new AsyncResult<>(sum);
    }catch (Exception e){
        return new AsyncResult<>(0);
    }
}

3、通过Future.get()获取返回值：

public static boolean getFutureResult(List<Future<Integer>> futureList, int excelRow) throws Exception{
    int[] futureSumArr = new int[futureList.size()];
    for (int i = 0;i<futureList.size();i++) {
        try {
            Future<Integer> future = futureList.get(i);
            while (true) {
                if (future.isDone() && !future.isCancelled()) {
                    Integer futureSum = future.get();
                    logger.info("获取Future返回值成功"+"----Future:" + future
                            + ",Result:" + futureSum);
                    futureSumArr[i] += futureSum;
                    break;
                } else {
                    logger.info("Future正在执行---获取Future返回值中---等待3秒");
                    Thread.sleep(3000);
                }
            }
        } catch (Exception e) {
            logger.error("获取Future返回值异常: ", e);
        }
    }
    
    boolean insertFlag = getInsertSum(futureSumArr, excelRow);
    logger.info("获取所有异步线程Future的返回值成功，Excel插入结果="+insertFlag);
    return insertFlag;
}

4、这里也可以通过新线程+Future获取Future返回值

不过感觉多此一举了，就当练习Future异步取返回值了~

public static Future<Boolean> getFutureResultThreadFuture(List<Future<Integer>> futureList, int excelRow) throws Exception {
    ExecutorService service = Executors.newSingleThreadExecutor();
    final boolean[] insertFlag = {false};
    service.execute(new Runnable() {
        public void run() {
            try {
                insertFlag[0] = getFutureResult(futureList, excelRow);
            } catch (Exception e) {
                logger.error("新线程+Future获取Future返回值异常: ", e);
                insertFlag[0] = false;
            }
        }
    });
    service.shutdown();
    return new AsyncResult<>(insertFlag[0]);
}

获取异步线程结果后，我们可以通过添加事务的方式，实现Excel入库操作的数据一致性。

但Future会造成主线程的阻塞，这个就很不友好了，有没有更优解呢？

在BUG中磨砺，在优化中成长

使用双异步后，从 191s 优化到 2s

增加索引 + 异步 + 不落地后，从 12h 优化到 15 min

使用懒加载 + 零拷贝后，程序的秒开率提升至99.99%

性能优化2.0，新增缓存后，程序的秒开率不升反降

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