Java 非同步編程 (5 種非同步實現方式詳解)

  • 2022 年 9 月 19 日
  • 筆記

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同步操作如果遇到一個耗時的方法，需要阻塞等待，那麼我們有沒有辦法解決呢？讓它非同步執行，下面我會詳解非同步及實現@mikechen

什麼是非同步？

首先我們先來看看一個同步的用戶註冊例子，流程如下：

在同步操作中，我們執行到插入資料庫的時候，我們必須等待這個方法徹底執行完才能執行「發送簡訊」這個操作，如果插入資料庫這個動作執行時間較長，發送簡訊需要等待，這就是典型的同步場景。

於是聰明的人們開始思考，如果兩者關聯性不強，能不能將一些非核心業務從主流程中剝離出來，於是有了非同步編程雛形，改進後的流程如下：

這就是非同步編程，它是程式並發運行的一種手段，它允許多個事件同時發生，當程式調用需要長時間運行的方法時，它不會阻塞當前的執行流程，程式可以繼續運行。

在聊完非同步編程後，那麼我們一起來看看Java裡面實現非同步編程究竟有哪些方式呢？

 

一、執行緒非同步

在 Java 語言中最簡單使用非同步編程的方式就是創建一個 執行緒來實現，如果你使用的 JDK 版本是 8 以上的話，可以使用 Lambda 表達式 會更加簡潔。

public class AsyncThread extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println("當前執行緒名稱:" + this.getName() + ", 執行執行緒名稱:" + Thread.currentThread().getName() + "-hello");
    }
}

 

public static void main(String[] args) {

  // 模擬業務流程
  // .......
  
    // 創建非同步執行緒 
    AsyncThread asyncThread = new AsyncThread();

    // 啟動非同步執行緒
    asyncThread.start();
}

 

當然如果每次都創建一個 Thread執行緒，頻繁的創建、銷毀，浪費系統資源，我們可以採用執行緒池：

private ExecutorService executor = Executors.newCachedThreadPool() ;
 
    public void fun() throws Exception {
 
        executor.submit(new Runnable(){
 
            @override
 
                public void run() {
 
                    try {
                     //要執行的業務程式碼，我們這裡沒有寫方法，可以讓執行緒休息幾秒進行測試
 
                        Thread.sleep(10000);
 
                        System.out.print("睡夠啦~");
 
                    }catch(Exception e) {
 
                        throw new RuntimeException("報錯啦！！");
 
                    }
 
                }
 
        });
 
    }

 

將業務邏輯封裝到 Runnable 或 Callable 中，交由 執行緒池 來執行。

 

二、Future非同步

上述方式雖然達到了多執行緒並行處理，但有些業務不僅僅要執行過程，還要獲取執行結果，後續提供在JUC包增加了Future。

從字面意思理解就是未來的意思，但使用起來卻著實有點雞肋，並不能實現真正意義上的非同步，獲取結果時需要阻塞執行緒，或者不斷輪詢。

@Test
public void futureTest() throws Exception {

    System.out.println("main函數開始執行");

    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;
        }
    });
    //這裡需要返回值時會阻塞主執行緒，如果不需要返回值使用是OK的。倒也還能接收
    //Integer result=future.get();
    System.out.println("main函數執行結束");

    System.in.read();

}

 

三、CompletableFuture非同步

Future 類通過 get() 方法阻塞等待獲取非同步執行的運行結果，性能比較差。

JDK1.8 中，Java 提供了 CompletableFuture 類，它是基於非同步函數式編程。相對阻塞式等待返回結果，CompletableFuture 可以通過回調的方式來處理計算結果，實現了非同步非阻塞，性能更優。

CompletableFuture 實現了 Future 和 CompletionStage 介面， 並提供了多種實現非同步編程的方法，如supplyAsync, runAsync以及thenApplyAsync。

下面我們使用CompletableFuture來實現上面的例子：

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

 

我們不需要顯式使用 ExecutorService，CompletableFuture 內部使用了 ForkJoinPool 來處理非同步任務，這使得我們的程式碼變的更簡潔。

 

四、SpringBoot @Async非同步

在@Async註解之前，使用多執行緒需要使用JDK的原生方法，非常麻煩，當有了@Async之後就比較簡單了。

首先，使用 @EnableAsync 啟用非同步註解:

@SpringBootApplication
@EnableAsync
public class StartApplication {

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

 

自定義執行緒池：

@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! "));
    }
}

 

在非同步處理的方法上添加註解 @Async ，當對 execute 方法 調用時，通過自定義的執行緒池 defaultThreadPoolExecutor 非同步化執行  execute 方法

@Service
public class AsyncServiceImpl implements AsyncService {

    @Async("defaultThreadPoolExecutor")
    public Boolean execute(Integer num) {
        System.out.println("執行緒：" + Thread.currentThread().getName() + " , 任務：" + num);
        return true;
    }

}

用 @Async 註解標記的方法，稱為非同步方法。在spring boot應用中使用 @Async 很簡單：

  • 調用非同步方法類上或者啟動類加上註解 @EnableAsync

  • 在需要被非同步調用的方法外加上 @Async

  • 所使用的 @Async 註解方法的類對象應該是Spring容器管理的bean對象；

 

五、Guava非同步

Guava 提供了 ListenableFuture 類來執行非同步操作

1.首先我們需要添加 guava 的maven依賴：

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

 

2.現在我們使用ListenableFuture來實現我們之前的例子:

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

 

這裡使用MoreExecutors獲取ListeningExecutorService類的實例，然後ListeningExecutorService.submit執行非同步任務，並返回 ListenableFuture實例。

 

Java非同步編程小結

非同步編程受到了越來越多的關注，尤其是在 IO 密集型的業務場景中，相比傳統的同步開發模式，非同步編程的優勢越來越明顯，希望以上介紹的5種Java非同步編程方式對你有所幫助！

作者簡介

陳睿|mikechen,10年+大廠架構經驗,《BAT架構技術500期》系列文章作者，分享十餘年BAT架構經驗以及面試心得!

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