面試官問我知不知道異步編程的Future
荒腔走板
大家好，我是 why，歡迎來到我連續周更優質原創文章的第 60 篇。
前兩周寫的我眼中的成都那篇文章還在持續發酵，全網閱讀初步估計應該是過 100w 了。誠惶誠恐，但是需要說明一下的是其實我是一個技術博主來的，偶爾荒腔走板的寫點生活相關的，所以這篇還是回到技術上。
老規矩，先來一個簡短的荒腔走板，給冰冷的技術文注入一絲色彩。
上面這圖是我五年前，在學校宿舍拍的。
前幾天由于有點事情，打開了多年沒有打開的 QQ。然后突然推送了一個“那年今日”發送的動態。
這張圖片就是那個動態里面的。
2015 年 8 月的時候正是大三放暑假的時間，但是那個暑假我找了一個實習，所以暑假期間住在學校里面。宿舍就我一個人。那個時候我完全沒有意識到，這是我程序猿生涯的一個真正的開端，也是我學生時代提前結束的宣告。
8 月 5 日凌晨，一只小貓突然躥到了宿舍里面，在宿舍里面旁若無人的，像宿管阿姨一樣審查著一切東西。甚至直接跳到桌子上，看著我敲代碼。完全不怕我的樣子。
于是我把它放到了我的自行車上，當模特拍了幾張照片。
初見這只小貓時的那種驚喜我還記憶猶新，但是這波回憶殺給我的更大的沖擊是：原來，這件事已經過去五年了。
如果沒有 QQ 的這個提醒，你讓我想這件事是發生在什么時候的，我的第一反應肯定是好多年前的事情了吧，慢慢咂摸之后有可能才想起，原來是大三暑假的時候的事情，然后再仔細一算，原來是僅僅五年前的事情呀。
短短的五年怎么就發生了怎么多事情啊?把我這五年塞的滿滿當當的。
不知道為什么如果把人生求學、步入社會的各個階段分開來看，我每跨過一個階段，再次回頭望的時候都感覺這好像是別人的故事啊。
幸好我自己一年年的記錄了下來，幸好這真的是我自己的故事。
好了，說回文章。
你就是寫了個假異步
這是 rpc 的四種調用方式：
文本主要分享這個 future 的調用方式，不講 Dubbo 框架，這里只是一個引子。
談到 future 的時候大家都會想到異步編程。但是你仔細看框起來這里：
客戶端線程調用 future.get() 方法的時候還是會阻塞當前線程的。
我倒是覺得這充其量只能算一個閹割版的異步編程。
本文將帶你從閹割版的 future 聊到升級版的 Google Guava 的 future，最后談談加強版的 future 。
先聊聊線程池的提交方式
談到 Future 的時候，我們基本上就會想到線程池，想到它的幾種提交方式。
先是最簡單的，execute 方式提交，不關心返回值的，直接往線程池里面扔任務就完事：
- public class JDKThreadPoolExecutorTest {
- public static void main(String[] args) throws Exception {
- ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(2, 5, 60, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(10));
- //execute(Runnable command)方法。沒有返回值
- executor.execute(() -> {
- System.out.println("關注why技術");
- });
- Thread.currentThread().join();
- }
- }
可以看一下 execute 方法，接受一個 Runnable 方法，返回類型是 void：
然后是 submit 方法。你知道線程池有幾種 submit 方法嗎?
雖然你經常用，但是可能你從來沒有關心過人家。呸，渣男：
有三種 submit。這三種按照提交任務的類型來算分為兩個類型。
- 提交執行 Runnable 類型的任務。
- 提交執行 Callable 類型的任務。
但是返回值都是 Future，這才是我們關心的東西。
也許你知道線程池有三種 submit 方法，但是也許你根本不知道里面的任務分為兩種類型，你就只知道往線程池里面扔，也不管扔的是什么類型的任務。
我們先看一下 Callable 類型的任務是怎么執行的：
- public class JDKThreadPoolExecutorTest {
- public static void main(String[] args) throws Exception {
- ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(2, 5, 60, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(10));
- Future<String> future = executor.submit(() -> {
- System.out.println("關注why技術");
- return "這次一定！";
- });
- System.out.println("future的內容:" + future.get());
- Thread.currentThread().join();
- }
- }
這里利用 lambda 表達式，直接在任務體里面帶上一個返回值，這時你看調用的方法就變成了這個：
運行結果也能拿到任務體里面的返回了。輸出結果如下：
好，接下來再說說 submit 的任務為 Runable 類型的情況。
這個時候有兩個重載的形式：
標號為 ① 的方法扔進去一個 Runable 的任務，返回一個 Future，而這個返回的 Future ，相當于是返回了一個寂寞。下面我會說到原因。
標號為 ② 的方法扔進去一個 Runable 的任務的同時，再扔進去一個泛型 T ，而巧好返回的 Future 里面的泛型也是 T，那么我們大膽的猜測一下這就是同一個對象。如果是同一個對象，說明我們可以一個對象傳到任務體里面去一頓操作，然后通過 Future 再次拿到這個對象的。一會就去驗證。
來，先驗證標號為 ① 的方法，我為啥說它返回了一個寂寞。
首先，還是先把測試案例放在這里：
- public class JDKThreadPoolExecutorTest {
- public static void main(String[] args) throws Exception {
- ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(2, 5, 60, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(10));
- Future<?> future = executor.submit(() -> {
- System.out.println("關注why技術");
- });
- System.out.println("future的內容:" + future.get());
- Thread.currentThread().join();
- }
- }
可以看到，確實是調用的標號為 ① 的方法：
同時，我們也可以看到 future.get() 方法的返回值為 null。
你說，這不是返回了一個寂寞是干啥?
當你想用標號為 ① 的方法時，我勸你直接用 execute 方式提交任務。還不需要構建一個寂寞的返回值，徒增無用對象。
接下來，我們看看標號為 ② 的方法是怎么用的：
- public class JDKThreadPoolExecutorTest {
- public static void main(String[] args) throws Exception {
- ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(2, 5, 60, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<>(10));
- AtomicInteger atomicInteger = new AtomicInteger();
- Future<AtomicInteger> future = executor.submit(() -> {
- System.out.println("關注why技術");
- //在這里進行計算邏輯
- atomicInteger.set(5201314);
- }, atomicInteger);
- System.out.println("future的內容:" + future.get());
- Thread.currentThread().join();
- }
- }
可以看到改造之后，確實是調用了標號為 ② 的方法：
future.get() 方法的輸出值也是異步任務中我們經過計算后得出的 5201314。
你看，渣男就是這樣，明明不懂你，還非得用甜言蜜語來轟炸你。呸。
好了。綜上，線程池的提交方式一共有四種：一種 execute，無返回值。三種 submit，有返回值。
submit 中按照提交任務的類型又分為兩種：一個是 Callable，一個是 Runable。
submit 中 Runable 的任務類型又有兩個重載方法：一個返回了個寂寞，一個返回了個渣男。哦，不。一個返回了個寂寞，一個返回了個對象。
這個時候就有人要站出來說：你說的不對，你就是瞎說，明明就只有 execute 這一種提交方式。
是的，“只有 execute 這一種提交方式”這一種說法也是沒錯的。
請看源碼：
三種 submit 方法里面調用的都是 execute 方法。
能把前面這些方法娓娓道來，從表面談到內在的這種人，才是好人。
只有愛你，才會把你研究透。
當然，還有這幾種提交方式，用的不多，就不展開說了：
寫到這里我不禁想起了我的第三篇文章，真是奇怪的時間線開始收縮了的感覺，這篇文章里面聊到了不同提交方式，對于異常的不同處理方式。
我就問你：一個線程池中的線程異常了，那么線程池會怎么處理這個線程?
你要是不知道，可以去看看這篇文章，畢竟，有可能在面試的時候遇到的：
好，上面這些東西捋清楚了之后。我們再聚焦到返回值 Future 上：
從上面的代碼我們可以看出，當我們想要返回值的時候，都需要調用下面的這個 get() 方法：
而從這個方法的描述可以看出，這是一個阻塞方法。拿不到值就在那里等著。當然，還有一個帶超時時間的 get 方法，等指定時間后就不等了。
呸，渣男。沒耐心，這點時間都舍不得等。
總之就是有可能要等的。只要等，那么就是阻塞。只要是阻塞，就是一個假異步。
所以總結一下這種場景下返回的 Future 的不足之處：
- 只有主動調用 get 方法去獲取值，但是有可能值還沒準備好，就阻塞等待。
- 任務處理過程中出現異常會把異常隱藏，封裝到 Future 里面去，只有調用 get 方法的時候才知道異常了。
寫到這里的時候我不禁想起一個形象的例子，我給你舉一個。
假設你想約你的女神一起去吃飯。女神嘛，肯定是要先畫個美美的妝才會出去逛街的。而女神化妝就可以類比為我們提交的一個異步任務。
假設你是一個小屌絲，那么女神就會對你說：我已經開始化妝了，你到樓下了就給我打電話。
然后你就收拾行頭準備出發，這就是你提交異步任務后還可以做一些自己的事情。
你花了一小時到了女神樓下，打電話給她：女神你好，我到你樓下了。
女神說：你先等著吧，我的妝還沒畫好呢。
于是你開始等待，無盡的等待。這就是不帶超時時間的 future.get() 方法。
也有可能你硬氣一點，對女神說：我最多再等 24 小時哈，超過 24 小時不下樓，我就走了。
這就是帶超時時間的 future.get(timeout，unit) 方法：
結果 24 小時之后，女神還沒下來，你就走了。
當然，還有一種情況就是你到樓下給女神打電話，女神說：哎，今天我男神約我出去看電影，就不和你去吃飯了哈。本來我想提前給你說的，但是我又記不起你電話，只有你打過來我才能告訴你。就這樣，你自己玩去吧。
這就相當于異步任務執行過程中拋出了異常，而你只有在調用了 get 方法(打電話操作)之后才知道原來異常了。
而真正的異步是你不用等我，我好了我就叫你。
就像女神接到男神的電話時說的：我需要一點時間準備一下，你先玩自己的吧，我一會好了給你打電話。
這讓我想起了好萊塢原則：Don't Call Us，We'll Call you!
接下來，讓我們見識一下真正的異步。
什么叫真正的：“你先玩自己的，我一會好了叫你。”
Guava 的 Future
女神說的：“好了叫你”。
就是一種回調機制。說到回調，那么我們就需要在異步任務提交之后，注冊一個回調函數就行。
Google 提供的 Guava 包里面對 JDK 的 Future 進行了擴展：
新增了一個 addListenter 方法，入參是一個 Runnable 的任務類型和一個線程池。
使用方法，先看代碼：
- public class JDKThreadPoolExecutorTest {
- public static void main(String[] args) throws Exception {
- ListeningExecutorService executor = MoreExecutors.listeningDecorator(Executors.newCachedThreadPool());
- ListenableFuture<String> listenableFuture = executor.submit(() -> {
- System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-女神：我開始化妝了，好了我叫你。");
- TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
- return "化妝完畢了。";
- });
- listenableFuture.addListener(() -> {
- try {
- System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-future的內容:" + listenableFuture.get());
- } catch (Exception e) {
- e.printStackTrace();
- }
- }, executor);
- System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-等女神化妝的時候可以干點自己的事情。");
- Thread.currentThread().join();
- }
- }
首先創建線程池的方式變了，需要用 Guava 里面的 MoreExecutors 方法裝飾一下：
- ListeningExecutorService executor = MoreExecutors.listeningDecorator(Executors.newCachedThreadPool());
然后用裝飾后的 executor 調用 submit 方法(任意一種)，就會返回 ListenableFuture ，拿到這個 ListenableFuture 之后，我們就可以在上面注冊監聽：
所以，上面的程序我們調用的是入參為 callable 類型的接口：
從運行結果可以看出來：獲取運行結果是在另外的線程里面執行的，完全沒有阻塞主線程。
和之前的“假異步”還是有很大區別的。
除了上面的 addListener 方法外，其實我更喜歡用 FutureCallback 的方式。
可以看一下代碼，非常的直觀：
- public class JDKThreadPoolExecutorTest {
- public static void main(String[] args) throws Exception {
- ListeningExecutorService executor = MoreExecutors.listeningDecorator(Executors.newCachedThreadPool());
- ListenableFuture<String> listenableFuture = executor.submit(() -> {
- System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-女神：我開始化妝了，好了我叫你。");
- TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
- return "化妝完畢了。";
- });
- Futures.addCallback(listenableFuture, new FutureCallback<String>() {
- @Override
- public void onSuccess(@Nullable String result) {
- System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-future的內容:" + result);
- }
- @Override
- public void onFailure(Throwable t) {
- System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-女神放你鴿子了。");
- t.printStackTrace();
- }
- });
- System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-等女神化妝的時候可以干點自己的事情。");
- Thread.currentThread().join();
- }
- }
有 onSuccess 方法和 onFailure 方法。
上面的程序輸出結果為：
如果異步任務執行的時候拋出了異常，比如女神被她的男神約走了，異步任務改成這樣：
- ListenableFuture<String> listenableFuture = executor.submit(() -> {
- System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-女神：我開始化妝了，好了我叫你。");
- TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
- throw new Exception("男神約我看電影，就不和你吃飯了。");
- });
最終的運行結果就是這樣：
是的，女神去看電影了。她一定只是不想吃飯而已。
加強版的Future - CompletableFuture
第一小節講的 Future 是 JDK 1.5 時代的產物：
經過了這么多年的發展，Doug Lea 在 JDK 1.8 里面引入了新的 CompletableFuture ：
到了 JDK 1.8 時代，這才是真正的異步編程。
CompletableFuture 實現了兩個接口，一個是我們熟悉的 Future ，一個是 CompletionStage。
CompletionStage接口，你看這個接口的名稱中有一個 Stage ：
可以把這個接口理解為一個任務的某個階段。所以多個 CompletionStage 鏈接在一起就是一個任務鏈。前一個任務完成后，下一個任務就會自動觸發。
CompletableFuture 里面的方法非常的多。
由于篇幅原因，我就只演示一個方法：
- public class JDKThreadPoolExecutorTest {
- public static void main(String[] args) throws Exception {
- CompletableFuture<String> completableFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
- System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-女神：我開始化妝了，好了我叫你。");
- try {
- TimeUnit.SECONDS.sleep(5);
- } catch (InterruptedException e) {
- e.printStackTrace();
- }
- return "化妝完畢了。";
- });
- completableFuture.whenComplete((returnStr, exception) -> {
- if (exception == null) {
- System.out.println(Thread.currentThread().getName() + returnStr);
- } else {
- System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "女神放你鴿子了。");
- exception.printStackTrace();
- }
- });
- System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-等女神化妝的時候可以干點自己的事情。");
- Thread.currentThread().join();
- }
- }
該方法的執行結果如下：
我們執行的時候并沒有指定用什么線程池，但是從結果可以看到也是異步的執行。
從輸出日志中是可以看出端倪的，ForkJoinPool.commonPool() 是其默認使用的線程池。
當然，我們也可以自己指定。
這個方法在很多開源框架里面使用的還是非常的多的。
接下來主要看看 CompletableFuture 對于異常的處理。我覺得非常的優雅。
不需要 try-catch 代碼塊包裹，也不需要調用 Future.get() 才知道異常了，它提供了一個 handle 方法，可以處理上游異步任務中出現的異常：
- public class JDKThreadPoolExecutorTest {
- public static void main(String[] args) throws Exception {
- CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
- System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-女神：我開始化妝了，好了我叫你。");
- throw new RuntimeException("男神約我看電影了，我們下次再約吧，你是個好人。");
- }).handleAsync((result, exception) -> {
- if (exception != null) {
- System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-女神放你鴿子了！");
- return exception.getCause();
- } else {
- return result;
- }
- }).thenApplyAsync((returnStr) -> {
- System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-" + returnStr);
- return returnStr;
- });
- System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "-等女神化妝的時候可以干點自己的事情。");
- Thread.currentThread().join();
- }
- }
由于女神在化妝的時候，接到男神的電話約她看電影，就只能放你鴿子了。
所以，上面程序的輸出結果如下：
如果，你順利把女神約出來了，是這樣的：
好了，女神都約出來了，文章就到這里了。去干正事吧。
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