Java 异步编程 (5 种异步实现方式详解)

java jvm 数据库 2023-09-02 13:09:52 158人浏览独家记忆

摘要

同步操作如果遇到一个耗时的方法，需要阻塞等待，那么我们有没有办法解决呢？让它异步执行，下面我会详解异步及实现 @mikechen 目录什么是异步？一、线程异步二、Future异步三、CompletableFuture异步四、Spring

同步操作如果遇到一个耗时的方法，需要阻塞等待，那么我们有没有办法解决呢？让它异步执行，下面我会详解异步及实现 @mikechen

什么是异步？

首先我们先来看看一个同步的用户注册例子，流程如下：

在同步操作中，我们执行到 插入数据库 的时候，我们必须等待这个方法彻底执行完才能执行“ 发送短信 ”这个操作，如果 插入数据库 这个动作执行时间较长，发送短信需要等待，这就是典型的同步场景。

于是聪明的人们开始思考，如果两者关联性不强，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，改进后的流程如下：

这就是异步编程，它是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。

在聊完异步编程后，那么我们一起来看看Java里面实现异步编程究竟有哪些方式呢？

一、线程异步

在 Java 语言中最简单使用异步编程的方式就是创建一个线程来实现，如果你使用的 jdk 版本是 8 以上的话，可以使用 Lambda 表达式会更加简洁。

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：

private ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool() ;     public void fun() throws Exception {         executor.submit(new Runnable(){             @override                 public void run() {                     try {                     //要执行的业务代码，我们这里没有写方法，可以让线程休息几秒进行测试                         Thread.sleep(10000);                         System.out.print("睡够啦~");                     }catch(Exception e) {                         throw new RuntimeException("报错啦！！");                     }                 }         });     }

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

二、Future异步

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，后续提供在JUC包增加了Future。

从字面意思理解就是未来的意思，但使用起来却着实有点鸡肋，并不能实现真正意义上的异步，获取结果时需要阻塞线程，或者不断轮询。

@Testpublic void futureTest() throws Exception {    System.out.println("main函数开始执行");    ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(1);    Future future = executor.submit(new Callable() {        @Override        public Integer call() throws Exception {            System.out.println("===task start===");            Thread.sleep(5000);            System.out.println("===task finish===");            return 3;        }    });    //这里需要返回值时会阻塞主线程，如果不需要返回值使用是OK的。倒也还能接收    //Integer result=future.get();    System.out.println("main函数执行结束");    System.in.read();}

三、CompletableFuture异步

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。

CompletableFuture 实现了 Future 和 CompletionStage 接口，并提供了多种实现异步编程的方法，如supplyAsync, runAsync以及thenApplyAsync。

下面我们使用CompletableFuture来实现上面的例子：

CompletableFuture completableFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> factorial(number));while (!completableFuture.isDone()) {    System.out.println("CompletableFuture is not finished yet...");}long result = completableFuture.get();

我们不需要显式使用 ExecutorService，CompletableFuture 内部使用了 ForkJoinPool 来处理异步任务，这使得我们的代码变的更简洁。

四、SpringBoot @Async异步

在@Async注解之前，使用多线程需要使用JDK的原生方法，非常麻烦，当有了@Async之后就比较简单了。

首先，使用 @EnableAsync 启用异步注解:

@springBootApplication@EnableAsyncpublic class StartApplication {    public static void main(String[] args) {        SpringApplication.run(StartApplication.class, args);    }}

自定义线程池：

@Configuration@Slf4jpublic class ThreadPoolConfiguration {    @Bean(name = "defaultThreadPoolExecutor", destroyMethod = "shutdown")    public ThreadPoolExecutor systemCheckPoolExecutorService() {        return new ThreadPoolExecutor(3, 10, 60, TimeUnit.SECONDS,                new LinkedBlockingQueue(10000),                new ThreadFactoryBuilder().setNameFormat("default-executor-%d").build(),                (r, executor) -> log.error("system pool is full! "));    }}

在异步处理的方法上添加注解 @Async ，当对 execute 方法 调用时，通过自定义的线程池 defaultThreadPoolExecutor 异步化执行 execute 方法

@Servicepublic class AsyncServiceImpl implements AsyncService {    @Async("defaultThreadPoolExecutor")    public Boolean execute(Integer num) {        System.out.println("线程：" + Thread.currentThread().getName() + " , 任务：" + num);        return true;    }}

用 @Async 注解标记的方法，称为异步方法。在Spring Boot应用中使用 @Async 很简单：

调用异步方法类上或者启动类加上注解 @EnableAsync
在需要被异步调用的方法外加上 @Async
所使用的 @Async 注解方法的类对象应该是Spring容器管理的bean对象；

五、Guava异步

Guava 提供了 ListenableFuture 类来执行异步操作

首先我们需要添加 guava 的Maven依赖：

    com.Google.guava    guava    28.2-jre

现在我们使用ListenableFuture来实现我们之前的例子:

ExecutorService threadpool = Executors.newCachedThreadPool();ListeningExecutorService service = MoreExecutors.listeningDecorator(threadpool);ListenableFuture guavaFuture = (ListenableFuture) service.submit(()-> factorial(number));long result = guavaFuture.get();

这里使用MoreExecutors获取ListeningExecutorService类的实例，然后ListeningExecutorService.submit执行异步任务，并返回 ListenableFuture实例。