隨著CPU的核數(shù)的增加坠敷，異步編程模型在并發(fā)領(lǐng)域中的得到了越來(lái)越多的應(yīng)用匈棘，由于Scala是一門(mén)函數(shù)式語(yǔ)言厂捞，天然的支持異步編程模型睁本，今天主要來(lái)看一下Java和Scala中的Futrue场靴，帶你走入異步編程的大門(mén)啡莉。
Future
很多同學(xué)可能會(huì)有疑問(wèn)，F(xiàn)utrue跟異步編程有什么關(guān)系旨剥？從Future的表面意思是未來(lái)咧欣，一個(gè)Future對(duì)象可以看出一個(gè)將來(lái)得到的結(jié)果，這就和異步執(zhí)行的概念很像轨帜，你只管自己去執(zhí)行魄咕，只要將最終的結(jié)果傳達(dá)給我就行，線程不必一直暫停等待結(jié)果蚌父，可以在具體異步任務(wù)執(zhí)行的時(shí)候去執(zhí)行其他操作哮兰，舉個(gè)例子：
我們現(xiàn)在在執(zhí)行做飯這么一個(gè)任務(wù)，它需要煮飯苟弛，燒菜喝滞，擺置餐具等操作，如果我們通過(guò)異步這種概念去執(zhí)行這個(gè)任務(wù)膏秫，比如煮飯可能需要比較久的時(shí)間右遭，但煮飯這個(gè)過(guò)程又不需要我們管理，我們可以利用這段時(shí)間去燒菜荔睹，燒菜過(guò)程中也可能有空閑時(shí)間狸演，我們可以去擺置餐具，當(dāng)電飯鍋通知我們飯燒好了僻他，菜也燒好了宵距，最后我們就可以開(kāi)始吃飯了，所以說(shuō)吨拗，上面的“煮飯 -> 飯”满哪，“燒菜 -> 菜”都可以看成一個(gè)Future的過(guò)程。
Java中的Future
在Java的早期版本中劝篷，我們不能得到線程的執(zhí)行結(jié)果哨鸭，不管是繼承Thread類(lèi)還是實(shí)現(xiàn)Runnable接口，都無(wú)法獲取線程的執(zhí)行結(jié)果娇妓，所以我們只能在線程執(zhí)行的run方法里去做相應(yīng)的一些業(yè)務(wù)邏輯操作像鸡，但隨著Java5的發(fā)布，它為了我們帶來(lái)了Callable和Future接口哈恰，我們可以利用這兩個(gè)接口的特性來(lái)獲取線程的執(zhí)行結(jié)果只估。
Callable接口
通俗的講志群，Callable接口也是一個(gè)線程執(zhí)行類(lèi)接口，那么它跟Runnable接口有什么區(qū)別呢蛔钙？我們先來(lái)看看它們兩個(gè)的定義：
1.Callable接口：
@FunctionalInterface
public interface Callable<V> {
/**
* Computes a result, or throws an exception if unable to do so.
*
* @return computed result
* @throws Exception if unable to compute a result
*/
V call() throws Exception;
}
2.Runnable接口：
@FunctionalInterface
public interface Runnable {
public abstract void run();
}
從上面的定義锌云，我們可以看出，兩者最大的區(qū)別就是對(duì)應(yīng)的執(zhí)行方法是否有返回值吁脱。Callable接口中call方法具有返回值桑涎，這便是為什么我們可以通過(guò)Callable接口來(lái)得到一個(gè)線程執(zhí)行的返回值或者是異常信息。
Future接口
上面說(shuō)到既然Callable接口能返回線程執(zhí)行的結(jié)果兼贡，那么為什么還需要Future接口呢攻冷？因?yàn)镃allable接口執(zhí)行的結(jié)果只是一個(gè)將來(lái)的結(jié)果值，我們?nèi)羰切枰玫骄唧w的結(jié)果就必須利用Future接口紧显，另外Callable接口需要委托ExecutorService的submit提交任務(wù)去執(zhí)行讲衫，我們來(lái)看看它是如何定義的：
<T> Future<T> submit(Callable<T> task);
public <T> Future<T> submit(Callable<T> task) {
if (task == null) throw new NullPointerException();
RunnableFuture<T> ftask = newTaskFor(task);
execute(ftask);
return ftask;
}
從submit的方法定義也可以看出它的返回值是一個(gè)Future接口類(lèi)型的值缕棵，這里其實(shí)是RunnableFuture接口孵班，這是一個(gè)很重要的接口，我們來(lái)看一下它的定義：
public interface RunnableFuture<V> extends Runnable, Future<V> {
/**
* Sets this Future to the result of its computation
* unless it has been cancelled.
*/
void run();
}
這個(gè)接口分別繼承了Runnable和Future接口招驴，而FutureTask又實(shí)現(xiàn)了RunnableFuture接口篙程，它們之間的關(guān)系：
RunnableFuture有以下兩個(gè)特點(diǎn)：
繼承Runnable接口，還是以run方法作為線程執(zhí)行入口别厘，其實(shí)上面submit方法的具體實(shí)現(xiàn)也可以看出虱饿，一個(gè)Callable的Task再執(zhí)行的時(shí)候會(huì)被包裝成RunnableFuture，然后以FutureTask作為實(shí)現(xiàn)類(lèi)触趴，執(zhí)行FutureTask時(shí)氮发，還是執(zhí)行其的run方法，只不過(guò)run方法里面的業(yè)務(wù)邏輯是由我們定義的call方法的內(nèi)容冗懦，當(dāng)然再執(zhí)行run方法時(shí)爽冕，程序會(huì)自動(dòng)將call方法的執(zhí)行結(jié)果幫我們包裝起來(lái)，對(duì)外部表現(xiàn)成一個(gè)Future對(duì)象披蕉。
繼承Future接口颈畸，通過(guò)實(shí)現(xiàn)Future接口中的方法更新或者獲取線程的的執(zhí)行狀態(tài)，比如其中的cancel(),isDone(),get()等方法没讲。
Future程序示例與結(jié)果獲取
下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的Future示例眯娱，我們先來(lái)看一下代碼：
ExecutorService es = Executors.newSingleThreadExecutor();
Future f = es.submit(() -> {
System.out.println("execute call");
Thread.sleep(1000);
return 5;
});
try {
System.out.println(f.isDone()); //檢測(cè)任務(wù)是否完成
System.out.println(f.get(2000, TimeUnit.MILLISECONDS));
System.out.println(f.isDone()); //檢測(cè)任務(wù)是否完成
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {
e.printStackTrace();
} catch (TimeoutException e) {
e.printStackTrace();
}
上面的代碼使用了lambda表達(dá)式，有興趣的同學(xué)可以自己去了解下爬凑，這里我們首先構(gòu)建了一個(gè)ExecutorService徙缴，然后利用submit提交執(zhí)行Callable接口的任務(wù)。
為什么是Callable接口呢嘁信？ 其實(shí)這里我們并沒(méi)有顯示聲明Callable接口于样，這里lambda會(huì)幫我們自動(dòng)進(jìn)行類(lèi)型推導(dǎo)迁霎，首先submit接受Callable接口或Runnble接口類(lèi)型作為參數(shù)，而這里我們又給定了返回值百宇，所以lambda能自動(dòng)幫我們推導(dǎo)出內(nèi)部是一個(gè)Callable接口參數(shù)考廉。
到這里我們應(yīng)該大致清楚了在Java中的得到Future，那么我們又是如何從Future中得到我們想要的值呢携御？這個(gè)結(jié)論其實(shí)很容易得出昌粤，你只需要去跑一下上面的程序即可，在利用get去獲取Future中的值時(shí)啄刹，線程會(huì)一直阻塞涮坐，直到返回值或者超時(shí)，所以Future中的get方法是阻塞誓军，所以雖然利用Future似乎是異步執(zhí)行任務(wù)袱讹，但是在某些需求上還是會(huì)阻塞的，并不是真正的異步昵时，stackoverflow上有兩個(gè)討論說(shuō)明了這個(gè)問(wèn)題Future.get捷雕，without blocking when task complete，有興趣的同學(xué)可以去看看壹甥。
Scala中的Future
Scala中的Future相對(duì)于Java的Future有什么不同呢救巷？我總結(jié)了一下幾點(diǎn)：
1.創(chuàng)建Future變得很容易
異步編程作為函數(shù)式語(yǔ)言的一大優(yōu)勢(shì)，Scala對(duì)于Future的支持也是非常棒的句柠，首先它也提供了Futrue接口浦译，但不同的是我們?cè)跇?gòu)建Future對(duì)象是不用像Java一樣那么繁瑣，并且非常簡(jiǎn)單溯职，舉個(gè)例子：
import scala.concurrent._
import ExecutionContext.Implicits.global
val f: Future[String] = Future { "Hello World!" }
是不是非常簡(jiǎn)單精盅，也大大降低了我們使用Future的難度。
2.提供真正異步的Future
前面我們也說(shuō)到谜酒，Java中的Future并不是全異步的叹俏，當(dāng)你需要Future里的值的時(shí)候，你只能用get去獲取它甚带，亦或者不斷訪問(wèn)Future的狀態(tài)她肯，若完成再去取值，但其意義上便不是真正的異步了鹰贵，它在獲取值的時(shí)候是一個(gè)阻塞的操作晴氨，當(dāng)然也就無(wú)法執(zhí)行其他的操作，直到結(jié)果返回碉输。
但在Scala中籽前，我們無(wú)需擔(dān)心，雖然它也提供了類(lèi)似Java中獲取值的方式，比如：
| Future | Java | Scala |
|---|---|---|
| 判斷任務(wù)是否完成 | isDone | isCompleted |
| 獲取值 | get | value |
但是我們并不推薦這么做枝哄，因?yàn)檫@么做又回到了Java的老路上了肄梨，在Scala中我們可以利用Callback來(lái)獲取它的結(jié)果：
val fut = Future {
Thread.sleep(1000)
1 + 1
}
fut onComplete {
case Success(r) => println(s"the result is ${r}")
case _ => println("some Exception")
}
println("I am working")
Thread.sleep(2000)
這是一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，F(xiàn)uture在執(zhí)行完任務(wù)后會(huì)進(jìn)行回調(diào)挠锥，這里使用了onComplete众羡，也可以注冊(cè)多個(gè)回調(diào)函數(shù)，但不推薦那么做蓖租，因?yàn)槟悴荒鼙ＷC這些回調(diào)函數(shù)的執(zhí)行順序粱侣，其他的一些回調(diào)函數(shù)基本都是基于onComplete的，有興趣的同學(xué)可以去閱讀一下Future的源碼蓖宦。
我們先來(lái)看一下它的運(yùn)行結(jié)果:
I am working
the result is 2
從結(jié)果中我們可以分析得出齐婴，我們?cè)诶肅allback方式來(lái)獲取Future結(jié)果的時(shí)候并不會(huì)阻塞，而只是當(dāng)Future完成后會(huì)自動(dòng)調(diào)用onComplete稠茂，我們只需要根據(jù)它的結(jié)果再做處理即可柠偶，而其他互不依賴(lài)的操作可以繼續(xù)執(zhí)行不會(huì)阻塞。
3.強(qiáng)大的Future組合
前面我們講的較多的都是單個(gè)Future的情況睬关，但是在真正實(shí)際應(yīng)用時(shí)往往會(huì)遇到多個(gè)Future的情況诱担，那么在Scala中是如何處理這種情況的呢？
Scala中的有多種方式來(lái)組合Future,那我們就來(lái)看看這些方式吧共螺。
1.flatMap
我們可以利用flatMap來(lái)組合多個(gè)Future该肴，不多說(shuō)情竹，先上代碼：
val fut1 = Future {
println("enter task1")
Thread.sleep(2000)
1 + 1
}
val fut2 = Future {
println("enter task2")
Thread.sleep(1000)
2 + 2
}
fut1.flatMap { v1 =>
fut2.map { v2 =>
println(s"the result is ${v1 + v2}")
}
}
Thread.sleep(2500)
利用flatMap確實(shí)能組合Future藐不，但代碼的閱讀性實(shí)在是有點(diǎn)差，你能想象5個(gè)甚至10個(gè)map層層套著么秦效，所以我們并不推薦這么做雏蛮，但是我們需要了解這種方式，其他簡(jiǎn)潔的方式可能最終轉(zhuǎn)化成的版本也許就是這樣的阱州。
2.for yield表達(dá)式
我們只是把上面關(guān)于flatMap的代碼替換一下挑秉，看下面：
for {
v1 <- fut1
v2 <- fut2
} yield println(s"the result is ${v1 + v2}")
看上去是不是比之前的方式簡(jiǎn)潔多了，這也是我們?cè)诿鎸?duì)Future組合時(shí)推薦的方式苔货，當(dāng)然不得不說(shuō)for yield表達(dá)式是一種語(yǔ)法糖犀概，它最終還是會(huì)被翻譯成我們常見(jiàn)的方法，比如flatMap夜惭，map姻灶，filter等，感興趣的可以參考它的官方文檔诈茧。for yield表達(dá)式
3.scala-async
另外我們可以用scala-async來(lái)組裝Futrue語(yǔ)句塊产喉，示例如下：
import scala.async.Async.{async, await}
val v1 = async {
await(fut1) + await(fut2)
}
v1 foreach {
case r => println(s"the result is ${v1}")
}
這種方式與for yield表達(dá)式有啥區(qū)別呢？其實(shí)主要有兩點(diǎn)：
- 表達(dá)語(yǔ)意更加清晰，不需要用為中間值命名
- 不需要
<-等表達(dá)式曾沈，可減少一定的代碼量
scala-async相關(guān)的具體信息可以參考它的項(xiàng)目主頁(yè)这嚣。scala-async
總的來(lái)說(shuō)Scala中的Future確實(shí)強(qiáng)大，在實(shí)現(xiàn)真正異步的情況下塞俱，為我們提供許多方便而又簡(jiǎn)潔的操作模式姐帚，其實(shí)比如還有Future.reduce()，F(xiàn)uture.traverse(),Future.sequence()等方法障涯，這些方法的具體功能和具體使用這里就不講了卧土，但相關(guān)的示例代碼都會(huì)在我的示例工程里，有興趣的同學(xué)可以去跑跑加深理解像樊。源碼鏈接
總結(jié)
這篇文章主要講解了JVM生態(tài)上兩大語(yǔ)言Java和Scala在異步編程上的一些表現(xiàn)尤莺，這里主要是Future機(jī)制，在清楚明白它的概念后生棍，我們才能寫(xiě)出更好的程序颤霎，雖然本篇文章沒(méi)有涉及到Akka相關(guān)的內(nèi)容，但是Akka本身是用Scala寫(xiě)的涂滴，而且大量使用了Scala中的Future友酱，相信通過(guò)對(duì)Future的學(xué)習(xí)，對(duì)Akka的理解會(huì)有一定的幫助柔纵。
