Java异步编程(5种异步实现方式详解)

2022-09-18 mikechen的互联网架构

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JAVA面试经常会问到：异步操作？什么是异步？与同步有什么区别？Java异步的是如何实现？有哪些异步实现方式？下面我一一来详解异步@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。

@Test
public void futureTest() throws Exception {
 
    System.out.println("main函数开始执行");
 
    ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(1);
    Future<Integer> future = executor.submit(new Callable<Integer>() {
        @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<Long> 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
@EnableAsync
public class StartApplication {
 
    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(StartApplication.class, args);
    }
}

自定义线程池：

@Configuration
@Slf4j
public class ThreadPoolConfiguration {
 
    @Bean(name = "defaultThreadPoolExecutor", destroyMethod = "shutdown")
    public ThreadPoolExecutor systemCheckPoolExecutorService() {
 
        return new ThreadPoolExecutor(3, 10, 60, TimeUnit.SECONDS,
                new LinkedBlockingQueue<Runnable>(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

@Service
public 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

1.首先我们需要添加 guava 的maven依赖：

<dependency>    <groupId>com.google.guava</groupId>    <artifactId>guava</artifactId>    <version>28.2-jre</version></dependency>

2.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<Long> guavaFuture = (ListenableFuture<Long>) 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。

Java异步编程小结

异步编程受到了越来越多的关注，尤其是在 IO 密集型的业务场景中，相比传统的同步开发模式，异步编程的优势越来越明显，希望以上介绍的5种Java异步编程方式对你有所帮助！