在過去的好多年里,多線程和異步一直作為 JAVA 技術里的高級部分,在技術序列中,一個語言分為入門部分、進階部分和高級部分,所以,異步是作為其中的高級技術部分存在的。
關于異步和多線程這部分吧,常常存在于面試題、八股文當中,但是在大多數的項目代碼中你根本看不著它。神奇嗎,就是這么神奇。
糾其原因可能有兩個:
- 本身大多數項目就很簡單,根本就用不著多線程和異步,畢竟平庸屬于大多數;
- Java 中關于多線程和異步的部分確實對于新手不太友好,涉及到的類且多且亂,而且不符合我們正常的思考方式;
我就見過很多同學,多次想入門多線程和異步,但是多次被勸退,或者在大門口反復橫跳。
一旁的 Node.js 、Go 憋了一眼:哼,不就會異步嗎,有那么難嗎?
在 Java 中實現異步編程有什么方式呢?
異步回調函數
最開始寫前端的時候最常用這種回調函數的方法,在 JavaScript 中,函數是一等公民,用法非常靈活。但是在 Java 中,回調方式并不常用。
在異步調用結束或者發生異常的時候主動的調用回調方法,以此來達到異步通知的目的。首先定義一個回調接口,如下:
public interface ICallBackService {
/**
* 回調方法
* @param args 參數
*/
void callback(String ...args) throws InterruptedException;
}
然后在你的異步方法中加一個回調參數,參數類型就是上面的 ICallBackService接口類型。
public class Work {
/**
* 業務邏輯
* @param callBackService
*/
public void doWork(ICallBackService callBackService) throws InterruptedException {
System.out.println("開始回調");
callBackService.callback("第一個參數","第二個參數");
System.out.println("回調結束");
}
}
之后在調用端調用doWork方法執行異步調用。
public static void mAIn(String[] args) throws InterruptedException {
System.out.println("準備發起異步調用");
Thread thread = new Thread(() -> {
Work work = new Work();
try {
work.doWork(new ICallBackService() {
@Override
public void callback(String... args) throws InterruptedException {
Thread.sleep(1000);
System.out.printf("正在執行回調動作:%s%n",args==null?"無參數":String.join(",", args));
}
});
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
});
thread.start();
System.out.println("繼續干其他事兒");
}
執行后,打印的結果,主線程該干什么干什么,異步方法執行后,主動調用回調方法。
準備發起異步調用 繼續干其他事兒 異步執行 正在執行回調動作:第一個參數,第二個參數 回調結束
回調這種機制有個最要命的問題,它會導致代碼邏輯的割裂,本來是一個從開始到結束的完整執行過程,但是回調方法脫離了代碼主流程,導致我們看代碼的時候產生跳躍感。
CompletableFuture 異步
自從 Java 8 出現 Future 之后,異步編程就變得簡單多了,回調函數完全可以不用了。再遇到需要異步的場景時,可以直接祭出 CompletableFuture,CompletableFuture 除了有最基礎的異步調用功能外,還支持異步任務鏈、組合任務等等。
異步編程最繁雜的地方就是流程控制,對于 NodeJS 那種天生就是異步的語言來說,有豐富的第三方框架,而對于 Java 來說,到現在都比較少。
在不借助第三方框架的情況下,CompletableFuture 應該是最優解了。
下面這段代碼展示了異步調用兩個任務,然后將兩個任務的返回結果合并到一起,用到了 CompletableFuture 的組合任務功能。
public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
//異步發起第一個任務
CompletableFuture<String> firstTask = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
try {
Thread.sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
return "第一個任務的結果";
}
);
//異步發起第二個任務
CompletableFuture<String> secondTask = CompletableFuture.supplyAsync(() -> "第二個任務的結果");
// 合并兩個任務的結果
CompletableFuture<String> comb.NETask = firstTask.thenCombineAsync(secondTask, (firstResult, secondResult) -> {
return firstResult + "&&" + secondResult;
});
combineTask.thenAccept((result) -> {
System.out.println("最終結果:" + result);
});
System.out.println("其他任務,該干嘛干嘛");
combineTask.join();
}
}
Reactor 響應式編程
用過 Spring Boot 的同學一定看到過 webFlux 這個東西,其實它就是 Reactor 中的功能。Reactor 的核心包是 reactor-core ,專為異步編程而生,已經是 Spring Boot 的內置框架了。
Reactor 是一個完全非阻塞的JVM響應式編程框架。響應式編程是一種涉及數據流和變化傳播的異步編程范式。這意味著可以通過編程語言輕松地表示靜態(如數組)或動態(如事件發射器)數據流。
事件發射器可以理解為事件驅動,如果做過 GUI 或客戶端開發的肯定對事件驅動非常熟悉,事件驅動其實就是順著人的思考模式來的,進行什么操作就觸發什么事件。
下面是用 Reactor 實現的一個簡單異步任務,其中subscribe 方法可以理解為一個事件訂閱器,在里面可以訂閱 onNext (也就是正常執行)、onError (發生錯誤是執行)以及onComplete(執行完成)等事件。每命中一個事件,就可以驅動這個事件做一些事情。
就是以順序寫代碼的方式,實現異步的邏輯。
public static void main(String[] args) {
Mono<String> asyncTask = Mono.fromCallable(() -> {
// 模擬異步操作
Thread.sleep(1000);
// 返回結果
return "任務執行成功";
});
// 訂閱事件
asyncTask.subscribe(
result -> {
// onNext 事件,處理任務成功的情況
System.out.println("任務成功,結果:" + result);
},
error -> {
// onError 事件,處理任務出錯的情況
System.err.println("任務出錯:" + error.getMessage());
},
() -> {
// onComplete 事件,處理任務完成的情況
System.out.println("任務完成");
}
);
// 使用 block 方法等待異步任務完成
String result = asyncTask.block();
System.out.println("主線程等待結果:" + result);
}
執行以上代碼前,需要引入 reactor-core 依賴包。
<dependency>
<groupId>io.projectreactor</groupId>
<artifactId>reactor-core</artifactId>
<version>3.6.0</version>
</dependency>
與 Reactor 類似的還有 RxJava,在 Android 開發上用的最多。