Java异步非阻塞编程的几种方式

简介： Java异步非阻塞编程的几种方式

1、 从一个同步的Http调用提及

一个很简单的业务逻辑，其余后端服务提供了一个接口，咱们须要经过接口调用，获取到响应的数据。

逆地理接口：经过经纬度获取这个经纬度所在的省市区县以及响应的code：

curl-i"http://xxx?latitude=31.08966221524924&channel=amap7a&near=false&longitude=105.13990312814713"

{"adcode":"510722"}

服务端执行，最简单的同步调用方式：

服务端响应以前，IO会阻塞在：
java.net.SocketInputStream#socketRead0 的native方法上：

经过jstack日志，能够发现，此时这个Thread会一直在runable的状态：

"main"#1 prio=5 os_prio=31 tid=0x00007fed0c810000 nid=0x1003 runnable [0x000070000ce14000]   java.lang.Thread.State: RUNNABLE
        at java.net.SocketInputStream.socketRead0(Native Method)
        at java.net.SocketInputStream.socketRead(SocketInputStream.java:116)
        at java.net.SocketInputStream.read(SocketInputStream.java:171)
        at java.net.SocketInputStream.read(SocketInputStream.java:141)
        at org.apache.http.impl.conn.LoggingInputStream.read(LoggingInputStream.java:84)
        at org.apache.http.impl.io.SessionInputBufferImpl.streamRead(SessionInputBufferImpl.java:137)
        at org.apache.http.impl.io.SessionInputBufferImpl.fillBuffer(SessionInputBufferImpl.java:153)
        at org.apache.http.impl.io.SessionInputBufferImpl.readLine(SessionInputBufferImpl.java:282)
        at org.apache.http.impl.conn.DefaultHttpResponseParser.parseHead(DefaultHttpResponseParser.java:138)
        at org.apache.http.impl.conn.DefaultHttpResponseParser.parseHead(DefaultHttpResponseParser.java:56)
        at org.apache.http.impl.io.AbstractMessageParser.parse(AbstractMessageParser.java:259)
        at org.apache.http.impl.DefaultBHttpClientConnection.receiveResponseHeader(DefaultBHttpClientConnection.java:163)
        at org.apache.http.impl.conn.CPoolProxy.receiveResponseHeader(CPoolProxy.java:165)
        at org.apache.http.protocol.HttpRequestExecutor.doReceiveResponse(HttpRequestExecutor.java:273)
        at org.apache.http.protocol.HttpRequestExecutor.execute(HttpRequestExecutor.java:125)
        at org.apache.http.impl.execchain.MainClientExec.execute(MainClientExec.java:272)
        at org.apache.http.impl.execchain.ProtocolExec.execute(ProtocolExec.java:185)
        at org.apache.http.impl.execchain.RetryExec.execute(RetryExec.java:89)
        at org.apache.http.impl.execchain.RedirectExec.execute(RedirectExec.java:110)
        at org.apache.http.impl.client.InternalHttpClient.doExecute(InternalHttpClient.java:185)
        at org.apache.http.impl.client.CloseableHttpClient.execute(CloseableHttpClient.java:83)
        at org.apache.http.impl.client.CloseableHttpClient.execute(CloseableHttpClient.java:108)
        at com.amap.aos.async.AsyncIO.blockingIO(AsyncIO.java:207)
                .......

线程模型示例：

同步最大的问题是在IO等待的过程当中，线程资源没有获得充分的利用，对于大量IO场景的业务吞吐量会有必定限制。

二 、JDK NIO & Future

在JDK 1.5 中，JUC提供了Future抽象：

固然并非全部的Future都是这样实现的，如
io.netty.util.concurrent.AbstractFuture 就是经过线程轮询去。

这样作的好处是，主线程能够不用等待IO响应，能够去作点其余的，好比说再发送一个IO请求，能够等到一块儿返回：

"main"#1 prio=5 os_prio=31 tid=0x00007fd7a500b000 nid=0xe03 waiting on condition [0x000070000a95d000]   java.lang.Thread.State: WAITING (parking)
        at sun.misc.Unsafe.park(Native Method)
- parking to wait for  <0x000000076ee2d768> (a java.util.concurrent.CountDownLatch$Sync)
        at java.util.concurrent.locks.LockSupport.park(LockSupport.java:175)
        at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.parkAndCheckInterrupt(AbstractQueuedSynchronizer.java:836)
        at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.doAcquireSharedInterruptibly(AbstractQueuedSynchronizer.java:997)
        at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.acquireSharedInterruptibly(AbstractQueuedSynchronizer.java:1304)
        at java.util.concurrent.CountDownLatch.await(CountDownLatch.java:231)
        at org.asynchttpclient.netty.NettyResponseFuture.get(NettyResponseFuture.java:162)
        at com.amap.aos.async.AsyncIO.futureBlockingGet(AsyncIO.java:201)
        .....
"AsyncHttpClient-2-1"#11 prio=5 os_prio=31 tid=0x00007fd7a7247800 nid=0x340b runnable [0x000070000ba94000]   java.lang.Thread.State: RUNNABLE
        at sun.nio.ch.KQueueArrayWrapper.kevent0(Native Method)
        at sun.nio.ch.KQueueArrayWrapper.poll(KQueueArrayWrapper.java:198)
        at sun.nio.ch.KQueueSelectorImpl.doSelect(KQueueSelectorImpl.java:117)
        at sun.nio.ch.SelectorImpl.lockAndDoSelect(SelectorImpl.java:86)
- locked <0x000000076eb00ef0> (a io.netty.channel.nio.SelectedSelectionKeySet)
- locked <0x000000076eb00f10> (a java.util.Collections$UnmodifiableSet)
- locked <0x000000076eb00ea0> (a sun.nio.ch.KQueueSelectorImpl)
        at sun.nio.ch.SelectorImpl.select(SelectorImpl.java:97)
        at io.netty.channel.nio.NioEventLoop.select(NioEventLoop.java:693)
        at io.netty.channel.nio.NioEventLoop.run(NioEventLoop.java:353)
        at io.netty.util.concurrent.SingleThreadEventExecutor$2.run(SingleThreadEventExecutor.java:140)
        at io.netty.util.concurrent.DefaultThreadFactory$DefaultRunnableDecorator.run(DefaultThreadFactory.java:144)
        at java.lang.Thread.run(Thread.java:748)

主线程在等待结果返回过程当中依然须要等待，没有根本解决此问题。

三 、使用Callback回调方式

第二节中，依然须要主线程等待，获取结果，那么可不能够在主线程完成发送请求后，不再用关心这个逻辑，去执行其余的逻辑？那就可使用Callback机制。

如此一来，主线程不再须要关心发起IO后的业务逻辑，发送完请求后，就能够完全去干其余事情，或者回到线程池中再供调度。若是是HttpServer，那么须要结合Servlet 3.1的异步Servlet。

使用Callback方式，从线程模型中看，发现线程资源已经获得了比较充分的利用，整个过程当中已经没有线程阻塞。

4、 Callback hell

回调地狱，当Callback的线程还须要执行下一个IO调用的时候，这个时候进入回调地狱模式。

典型的应用场景如，经过经纬度获取行政区域adcode（逆地理接口），而后再根据得到的adcode，获取当地的天气信息（天气接口）。

在同步的编程模型中，几乎不会涉及到此类问题。

Callback方式的核心缺陷

5、 JDK 1.8 CompletableFuture

那么有没有办法解决Callback Hell的问题？固然有，JDK 1.8中提供了CompletableFuture，先看看它是怎么解决这个问题的。

将逆地理的Callback逻辑，封装成一个独立的CompletableFuture，当异步线程回调时，调用 future.complete(T) ，将结果封装。

将天气执行的Call逻辑，也封装成为一个独立的CompletableFuture ，完成以后，逻辑同上。

compose衔接，whenComplete输出：

每个IO操做，都可以封装为独立的CompletableFuture，从而避免回调地狱。

CompletableFuture，只有两个属性：

• result：Future的执行结果 (Either the result or boxed AltResult)。
• stack：操做栈，用于定义这个Future接下来操做的行为 (Top of Treiber stack of dependent actions)。

weatherFuture这个方法是如何被调用的呢？

经过堆栈能够发现，是在
reverseCodeFuture.complete(result) 的时候，而且也将得到的adcode做为参数执行接下来的逻辑。

这样一来，就完美解决回调地狱问题，在主的逻辑中，看起来像是在同步的进行编码。

6、 Vert.x Future

Info-Service中，大量使用的 Vert.x Future 也是相似的解决的方案，不过设计上使用Handler的概念。

核心执行的逻辑差很少：

这固然不是Vertx的所有，固然这是题外话了。

七 、Reactive Streams

异步编程对吞吐量以及资源有好处，可是有没有统一的抽象去解决此类问题内，答案是 Reactive Streams。

核心抽象：Publisher Subscriber Processor Subscription ，整个包里面，只有这四个接口，没有实现类。

在JDK 9里面，已经被做为一种规范封装到 java.util.concurrent.Flow ：

一个简单的例子：

8、 Reactor & Spring 5 & Spring WebFlux

Flux & Mono

做者：开发者小助手_LS
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