Java并发之异步的八种实现方式

2023-06-21 11:38:57 作者：Alan0517

本文主要介绍了Java并发之异步的八种实现方式，文中通过示例代码介绍的非常详细，对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值，需要的朋友们下面随着小编来一起学习学习吧

在实际开发中，很多业务场景都需要使用到异步，因此列举以下常见得八种异步方式

异步方式1：线程Thread

public class AsyncThread extends Thread {
    @Override
    public void run() {
        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        System.out.println("3333333333333333333 ");
    }
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("111111111111111 ");
        AsyncThread asyncThread = new AsyncThread();
        asyncThread.start();
        System.out.println("2222222222222222 ");
    }
}

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：
可以将业务逻辑封装到Runnable或Callable中，交由线程池来执行。

异步方式2：Future异步

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Future;
@SuppressWarnings("ALL")
public class FutureManager {
    public String execute() throws Exception {
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(1);
        Future<String> future = executor.submit(() -> {
            System.out.println(" --- task start --- ");
            Thread.sleep(3000);
            System.out.println("333333333333333333333");
            System.out.println(" --- task finish ---");
            return "this is future execute final result!!!";
        });
        //这里需要返回值时会阻塞主线程
        return future.get();
    }
    @SneakyThrows
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("1111111111111111111111");
        FutureManager manager = new FutureManager();
        manager.execute();
        System.out.println("222222222222222222222");
    }
}

Future的不足之处的包括以下几点：

1️⃣ 无法被动接收异步任务的计算结果：虽然我们可以主动将异步任务提交给线程池中的线程来执行，但是待异步任务执行结束之后，主线程无法得到任务完成与否的通知，它需要通过get方法主动获取任务执行的结果。
2️⃣ Future件彼此孤立：有时某一个耗时很长的异步任务执行结束之后，你想利用它返回的结果再做进一步的运算，该运算也会是一个异步任务，两者之间的关系需要程序开发人员手动进行绑定赋予，Future并不能将其形成一个任务流（pipeline），每一个Future都是彼此之间都是孤立的，所以才有了后面的CompletableFuture，CompletableFuture就可以将多个Future串联起来形成任务流。
3️⃣ Futrue没有很好的错误处理机制：截止目前，如果某个异步任务在执行发的过程中发生了异常，调用者无法被动感知，必须通过捕获get方法的异常才知晓异步任务执行是否出现了错误，从而在做进一步的判断处理。

异步方式3：CompletableFuture

import lombok.SneakyThrows;
import java.util.concurrent.CompletableFuture;
public class CompletableFutureCompose {
    /**
     * thenAccept子任务和父任务公用同一个线程
     */
    @SneakyThrows
    public static void thenRunAsync() {
        CompletableFuture<Integer> cf1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
            System.out.println(Thread.currentThread() + " cf1 do something....");
            return 1;
        });
        CompletableFuture<Void> cf2 = cf1.thenRunAsync(() -> {
            System.out.println(Thread.currentThread() + " cf2 do something...");
        });
        //等待任务1执行完成
        System.out.println("cf1结果->" + cf1.get());
        //等待任务2执行完成
        System.out.println("cf2结果->" + cf2.get());
    }
    public static void main(String[] args) {
        thenRunAsync();
    }
}

我们不需要显式使用ExecutorService，CompletableFuture 内部使用了ForkJoinPool来处理异步任务，如果在某些业务场景我们想自定义自己的异步线程池也是可以的。

异步方式4：Spring的@Async 异步

自定义异步线程池

/**
 * 线程池参数配置，多个线程池实现线程池隔离，@Async注解，默认使用系统自定义线程池，可在项目中设置多个线程池，在异步调用的时候，指明需要调用的线程池名称，比如：@Async("taskName")
@EnableAsync
@Configuration
public class TaskPoolConfig {
    /**
     * 自定义线程池
     *
     **/
    @Bean("taskExecutor")
    public Executor taskExecutor() {
        //返回可用处理器的Java虚拟机的数量 12
        int i = Runtime.getRuntime().availableProcessors();
        System.out.println("系统最大线程数  ： " + i);
        ThreadPoolTaskExecutor executor = new ThreadPoolTaskExecutor();
        //核心线程池大小
        executor.setCorePoolSize(16);
        //最大线程数
        executor.setMaxPoolSize(20);
        //配置队列容量，默认值为Integer.MAX_VALUE
        executor.setQueueCapacity(99999);
        //活跃时间
        executor.setKeepAliveSeconds(60);
        //线程名字前缀
        executor.setThreadNamePrefix("asyncServiceExecutor -");
        //设置此执行程序应该在关闭时阻止的最大秒数，以便在容器的其余部分继续关闭之前等待剩余的任务完成他们的执行
        executor.setAwaitTerminationSeconds(60);
        //等待所有的任务结束后再关闭线程池
        executor.setWaitForTasksToCompleteOnShutdown(true);
        return executor;
    }
}

需要使用异步线程池的地方

public interface AsyncService {
    MessageResult sendSms(String callPrefix, String mobile, String actionType, String content);
    MessageResult sendEmail(String email, String subject, String content);
}
@Slf4j
@Service
public class AsyncServiceImpl implements AsyncService {
    @Autowired
    private IMessageHandler mesageHandler;
    @Override
    @Async("taskExecutor")
    public MessageResult sendSms(String callPrefix, String mobile, String actionType, String content) {
        try {
            Thread.sleep(1000);
            mesageHandler.sendSms(callPrefix, mobile, actionType, content);
        } catch (Exception e) {
            log.error("发送短信异常 -> ", e)
        }
    }
    @Override
    @Async("taskExecutor")
    public sendEmail(String email, String subject, String content) {
        try {
            Thread.sleep(1000);
            mesageHandler.sendsendEmail(email, subject, content);
        } catch (Exception e) {
            log.error("发送email异常 -> ", e)
        }
    }
}

在实际项目中，使用@Async调用线程池，推荐等方式是是使用自定义线程池的模式，不推荐直接使用@Async直接实现异步。

异步方式5：Spring ApplicationEvent 事件实现异步

定义事件

import lombok.Getter;
import lombok.Setter;
import org.springframework.context.ApplicationEvent;
public class AsyncSendEmailEvent extends ApplicationEvent {
    public AsyncSendEmailEvent(Object source) {
        super(source);
    }
    /**
     * 邮箱
     **/
    @Getter
    @Setter
    private String email;
    /**
     * 主题
     **/
    @Getter
    @Setter
    private String subject;
    /**
     * 内容
     **/
    @Getter
    @Setter
    private String content;
    /**
     * 接收者
     **/
    @Getter
    @Setter
    private String targetUserId;
}

定义异步处理

import org.springframework.beans.factory.annotation.Autowired;
import org.springframework.context.ApplicationListener;
import org.springframework.scheduling.annotation.Async;
import org.springframework.stereotype.Component;
@Component
public class AsyncSendEmailEventHandler implements ApplicationListener<AsyncSendEmailEvent> {
    @Autowired
    private EmailService emailService;
    @Async("taskExecutor")
    @Override
    public void onApplicationEvent(AsyncSendEmailEvent event) {
        if (event == null) {
            return;
        }
        String email = event.getEmail();
        String subject = event.getSubject();
        String content = event.getContent();
        String targetUserId = event.getTargetUserId();
        //处理异步业务
        emailService.sendsendEmailSms(email, subject, content, targetUserId);
      }
}

另外，可能有些时候采用ApplicationEvent实现异步的使用，当程序出现异常错误的时候，需要考虑补偿机制，那么这时候可以结合Spring Retry重试来帮助我们避免这种异常造成数据不一致问题。

异步方式6：消息队列

回调消息的生产者

@Slf4j
@Component
public class CallbackProducer {
    @Autowired
    AmqpTemplate amqpTemplate;
    public void sendCallbackMessage(CallbackDTO allbackDTO, final long delayTimes) {
        log.info("生产者发送消息，callbackDTO，{}", callbackDTO);
        amqpTemplate.convertAndSend(CallbackQueueEnum.QUEUE_GENSEE_CALLBACK.getExchange(), CallbackQueueEnum.QUEUE_GENSEE_CALLBACK.getRoutingKey(), JsonMapper.getInstance().toJson(genseeCallbackDTO), new MessagePostProcessor() {
            @Override
            public Message postProcessMessage(Message message) throws AmqpException {
                //给消息设置延迟毫秒值，通过给消息设置x-delay头来设置消息从交换机发送到队列的延迟时间
                message.getMessageProperties().setHeader("x-delay", delayTimes);
                message.getMessageProperties().setCorrelationId(callbackDTO.getSdkId());
                return message;
            }
        });
    }
}

回调消息的消费者

@Slf4j
@Component
@RabbitListener(queues = "message.callback", containerFactory = "rabbitListenerContainerFactory")
public class CallbackConsumer {
    @Autowired
    private IGlobalUserService globalUserService;
    @RabbitHandler
    public void handle(String json, Channel channel, @Headers Map<String, Object> map) throws Exception {
        if (map.get("error") != null) {
            //否认消息
            channel.basicNack((Long) map.get(AmqpHeaders.DELIVERY_TAG), false, true);
            return;
        }
        try {
            CallbackDTO callbackDTO = JsonMapper.getInstance().fromJson(json, CallbackDTO.class);
            //执行业务逻辑
            globalUserService.execute(callbackDTO);
            //消息消息成功手动确认，对应消息确认模式acknowledge-mode: manual
            channel.basicAck((Long) map.get(AmqpHeaders.DELIVERY_TAG), false);
        } catch (Exception e) {
            log.error("回调失败 -> {}", e);
        }
    }
}

异步方式7：ThreadUtil 异步工具类

import cn.hutool.core.thread.ThreadUtil;
import lombok.extern.slf4j.Slf4j;
import java.util.concurrent.ThreadLocalRandom;
@Slf4j
public class ThreadUtils {
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 3; i++) {
            ThreadUtil.execAsync(() -> {
                ThreadLocalRandom threadLocalRandom = ThreadLocalRandom.current();
                int number = threadLocalRandom.nextInt(20) + 1;
                System.out.println(number);
            });
            log.info("当前第：" + i + "个线程");
        }
        log.info("task finish!");
    }
}

异步方式8：Guava异步

Guava的ListenableFuture顾名思义就是可以监听的Future，是对java原生Future的扩展增强。我们知道Future表示一个异步计算任务，当任务完成时可以得到计算结果。如果我们希望一旦计算完成就拿到结果展示给用户或者做另外的计算，就必须使用另一个线程不断的查询计算状态。这样做，代码复杂，而且效率低下。使用「Guava ListenableFuture」可以帮我们检测Future是否完成了，不需要再通过get()方法苦苦等待异步的计算结果，如果完成就自动调用回调函数，这样可以减少并发程序的复杂度。

public static void main(String[] args) {
        //首先通过MoreExecutors类的静态方法listeningDecorator方法初始化一个ListeningExecutorService的方法，
        // 然后使用此实例的submit方法即可初始化ListenableFuture对象。
        ListeningExecutorService executorService = MoreExecutors.listeningDecorator(Executors.newCachedThreadPool());
        final ListenableFuture<Integer> listenableFuture = executorService.submit(new Callable<Integer>() {
            @Override
            public Integer call() throws Exception {
                log.info("callable execute...");
                TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
                return 1;
            }
        });
        //ListenableFuture要做的工作，在Callable接口的实现类中定义，
        // 这里只是休眠了1秒钟然后返回一个数字1，有了ListenableFuture实例，
        // 可以执行此Future并执行Future完成之后的回调函数。
        Futures.addCallback(listenableFuture, new FutureCallback<Integer>() {
            @Override
            public void onSuccess(Integer result) {
                //成功执行...
                System.out.println("Get listenable future's result with callback " + result);
            }
            @Override
            public void onFailure(Throwable t) {
                //异常情况处理...
                t.printStackTrace();
            }
        },Executors.newSingleThreadExecutor());
    }

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