聊聊分布式服務(wù)下的八種異步實(shí)現(xiàn)方式
作者：張張
異步執(zhí)行對(duì)于開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)并不陌生，在實(shí)際的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，很多場(chǎng)景多會(huì)使用到異步，相比同步執(zhí)行，異步可以大大縮短請(qǐng)求鏈路耗時(shí)時(shí)間，比如：「發(fā)送短信、郵件、異步更新等」，這些都是典型的可以通過(guò)異步實(shí)現(xiàn)的場(chǎng)景。
一、異步的八種實(shí)現(xiàn)方式
1、線(xiàn)程Thread
2、Future
3、異步框架CompletableFuture
4、Spring注解@Async
5、Spring ApplicationEvent事件
6、消息隊(duì)列
7、第三方異步框架，比如Hutool的ThreadUtil
8、Guava異步
二、什么是異步？
首先我們先看一個(gè)常見(jiàn)的用戶(hù)下單的場(chǎng)景：
什么是異步？
在同步操作中，我們執(zhí)行到 發(fā)送短信 的時(shí)候，我們必須等待這個(gè)方法徹底執(zhí)行完才能執(zhí)行 贈(zèng)送積分 這個(gè)操作，如果 贈(zèng)送積分 這個(gè)動(dòng)作執(zhí)行時(shí)間較長(zhǎng)，發(fā)送短信需要等待，這就是典型的同步場(chǎng)景。
實(shí)際上，發(fā)送短信和贈(zèng)送積分沒(méi)有任何的依賴(lài)關(guān)系，通過(guò)異步，我們可以實(shí)現(xiàn)贈(zèng)送積分和發(fā)送短信這兩個(gè)操作能夠同時(shí)進(jìn)行，比如：
異步
這就是所謂的異步，是不是非常簡(jiǎn)單，下面就說(shuō)說(shuō)異步的幾種實(shí)現(xiàn)方式吧。
三、異步編程
1、線(xiàn)程異步
public class AsyncThread extends Thread {
@Override
public void run() {
System.out.println("Current thread name:" + Thread.currentThread().getName() + " Send email success!");
}
public static void main(String[] args) {
AsyncThread asyncThread = new AsyncThread();
asyncThread.run();
}
}當(dāng)然如果每次都創(chuàng)建一個(gè)Thread線(xiàn)程，頻繁的創(chuàng)建、銷(xiāo)毀，浪費(fèi)系統(tǒng)資源，我們可以采用線(xiàn)程池：
private ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
public void fun() {
executorService.submit(new Runnable() {
@Override
public void run() {
log.info("執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯...");
}
});
}可以將業(yè)務(wù)邏輯封裝到Runnable或Callable中，交由線(xiàn)程池來(lái)執(zhí)行。
2、 Future異步
@Slf4j
public class FutureManager {
public String execute() throws Exception {
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(1);
Future<String> future = executor.submit(new Callable<String>() {
@Override
public String call() throws Exception {
System.out.println(" --- task start --- ");
Thread.sleep(3000);
System.out.println(" --- task finish ---");
return "this is future execute final result!!!";
}
});
//這里需要返回值時(shí)會(huì)阻塞主線(xiàn)程
String result = future.get();
log.info("Future get result: {}", result);
return result;
}
@SneakyThrows
public static void main(String[] args) {
FutureManager manager = new FutureManager();
manager.execute();
}
}輸出結(jié)果：
--- task start ---
--- task finish ---
Future get result: this is future execute final result!!!（1） Future的不足之處
Future的不足之處的包括以下幾點(diǎn)：
- 無(wú)法被動(dòng)接收異步任務(wù)的計(jì)算結(jié)果：雖然我們可以主動(dòng)將異步任務(wù)提交給線(xiàn)程池中的線(xiàn)程來(lái)執(zhí)行，但是待異步任務(wù)執(zhí)行結(jié)束之后，主線(xiàn)程無(wú)法得到任務(wù)完成與否的通知，它需要通過(guò)get方法主動(dòng)獲取任務(wù)執(zhí)行的結(jié)果。
- Future件彼此孤立：有時(shí)某一個(gè)耗時(shí)很長(zhǎng)的異步任務(wù)執(zhí)行結(jié)束之后，你想利用它返回的結(jié)果再做進(jìn)一步的運(yùn)算，該運(yùn)算也會(huì)是一個(gè)異步任務(wù)，兩者之間的關(guān)系需要程序開(kāi)發(fā)人員手動(dòng)進(jìn)行綁定賦予，F(xiàn)uture并不能將其形成一個(gè)任務(wù)流（pipeline），每一個(gè)Future都是彼此之間都是孤立的，所以才有了后面的CompletableFuture，CompletableFuture就可以將多個(gè)Future串聯(lián)起來(lái)形成任務(wù)流。
- Futrue沒(méi)有很好的錯(cuò)誤處理機(jī)制：截止目前，如果某個(gè)異步任務(wù)在執(zhí)行發(fā)的過(guò)程中發(fā)生了異常，調(diào)用者無(wú)法被動(dòng)感知，必須通過(guò)捕獲get方法的異常才知曉異步任務(wù)執(zhí)行是否出現(xiàn)了錯(cuò)誤，從而在做進(jìn)一步的判斷處理。
3、CompletableFuture實(shí)現(xiàn)異步
public class CompletableFutureCompose {
/**
* thenAccept子任務(wù)和父任務(wù)公用同一個(gè)線(xiàn)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...");
});
//等待任務(wù)1執(zhí)行完成
System.out.println("cf1結(jié)果->" + cf1.get());
//等待任務(wù)2執(zhí)行完成
System.out.println("cf2結(jié)果->" + cf2.get());
}
public static void main(String[] args) {
thenRunAsync();
}
}我們不需要顯式使用ExecutorService，CompletableFuture 內(nèi)部使用了ForkJoinPool來(lái)處理異步任務(wù)，如果在某些業(yè)務(wù)場(chǎng)景我們想自定義自己的異步線(xiàn)程池也是可以的。
4、Spring的@Async異步
（1）自定義異步線(xiàn)程池
/**
* 線(xiàn)程池參數(shù)配置，多個(gè)線(xiàn)程池實(shí)現(xiàn)線(xiàn)程池隔離，@Async注解，默認(rèn)使用系統(tǒng)自定義線(xiàn)程池，可在項(xiàng)目中設(shè)置多個(gè)線(xiàn)程池，在異步調(diào)用的時(shí)候，指明需要調(diào)用的線(xiàn)程池名稱(chēng)，比如：@Async("taskName")
@EnableAsync
@Configuration
public class TaskPoolConfig {
/**
* 自定義線(xiàn)程池
*
**/
@Bean("taskExecutor")
public Executor taskExecutor() {
//返回可用處理器的Java虛擬機(jī)的數(shù)量 12
int i = Runtime.getRuntime().availableProcessors();
System.out.println("系統(tǒng)最大線(xiàn)程數(shù) ：" + i);
ThreadPoolTaskExecutor executor = new ThreadPoolTaskExecutor();
//核心線(xiàn)程池大小
executor.setCorePoolSize(16);
//最大線(xiàn)程數(shù)
executor.setMaxPoolSize(20);
//配置隊(duì)列容量，默認(rèn)值為Integer.MAX_VALUE
executor.setQueueCapacity(99999);
//活躍時(shí)間
executor.setKeepAliveSeconds(60);
//線(xiàn)程名字前綴
executor.setThreadNamePrefix("asyncServiceExecutor -");
//設(shè)置此執(zhí)行程序應(yīng)該在關(guān)閉時(shí)阻止的最大秒數(shù)，以便在容器的其余部分繼續(xù)關(guān)閉之前等待剩余的任務(wù)完成他們的執(zhí)行
executor.setAwaitTerminationSeconds(60);
//等待所有的任務(wù)結(jié)束后再關(guān)閉線(xiàn)程池
executor.setWaitForTasksToCompleteOnShutdown(true);
return executor;
}
}（2） AsyncService
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("發(fā)送短信異常 -> ", 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("發(fā)送email異常 -> ", e)
}
}
}在實(shí)際項(xiàng)目中， 使用@Async調(diào)用線(xiàn)程池，推薦等方式是是使用自定義線(xiàn)程池的模式，不推薦直接使用@Async直接實(shí)現(xiàn)異步。
5、Spring ApplicationEvent事件實(shí)現(xiàn)異步
（1）定義事件
public class AsyncSendEmailEvent extends ApplicationEvent {
/**
* 郵箱
**/
private String email;
/**
* 主題
**/
private String subject;
/**
* 內(nèi)容
**/
private String content;
/**
* 接收者
**/
private String targetUserId;
}（2）定義事件處理器
@Slf4j
@Component
public class AsyncSendEmailEventHandler implements ApplicationListener<AsyncSendEmailEvent> {
@Autowired
private IMessageHandler mesageHandler;
@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();
mesageHandler.sendsendEmailSms(email, subject, content, targerUserId);
}
}另外，可能有些時(shí)候采用ApplicationEvent實(shí)現(xiàn)異步的使用，當(dāng)程序出現(xiàn)異常錯(cuò)誤的時(shí)候，需要考慮補(bǔ)償機(jī)制，那么這時(shí)候可以結(jié)合Spring Retry重試來(lái)幫助我們避免這種異常造成數(shù)據(jù)不一致問(wèn)題。
6、消息隊(duì)列
（1）回調(diào)事件消息生產(chǎn)者
@Slf4j
@Component
public class CallbackProducer {
@Autowired
AmqpTemplate amqpTemplate;
public void sendCallbackMessage(CallbackDTO allbackDTO, final long delayTimes) {
log.info("生產(chǎn)者發(fā)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 {
//給消息設(shè)置延遲毫秒值，通過(guò)給消息設(shè)置x-delay頭來(lái)設(shè)置消息從交換機(jī)發(fā)送到隊(duì)列的延遲時(shí)間
message.getMessageProperties().setHeader("x-delay", delayTimes);
message.getMessageProperties().setCorrelationId(callbackDTO.getSdkId());
return message;
}
});
}
}（2）回調(diào)事件消息消費(fèi)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) {
//否認(rèn)消息
channel.basicNack((Long) map.get(AmqpHeaders.DELIVERY_TAG), false, true);
return;
}
try {
CallbackDTO callbackDTO = JsonMapper.getInstance().fromJson(json, CallbackDTO.class);
//執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯
globalUserService.execute(callbackDTO);
//消息消息成功手動(dòng)確認(rèn)，對(duì)應(yīng)消息確認(rèn)模式acknowledge-mode: manual
channel.basicAck((Long) map.get(AmqpHeaders.DELIVERY_TAG), false);
} catch (Exception e) {
log.error("回調(diào)失敗 -> {}", e);
}
}
}7、ThreadUtil異步工具類(lèi)
@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("當(dāng)前第：" + i + "個(gè)線(xiàn)程");
}
log.info("task finish!");
}
}8、Guava異步
Guava的ListenableFuture顧名思義就是可以監(jiān)聽(tīng)的Future，是對(duì)java原生Future的擴(kuò)展增強(qiáng)。我們知道Future表示一個(gè)異步計(jì)算任務(wù)，當(dāng)任務(wù)完成時(shí)可以得到計(jì)算結(jié)果。如果我們希望一旦計(jì)算完成就拿到結(jié)果展示給用戶(hù)或者做另外的計(jì)算，就必須使用另一個(gè)線(xiàn)程不斷的查詢(xún)計(jì)算狀態(tài)。這樣做，代碼復(fù)雜，而且效率低下。使用「Guava ListenableFuture」可以幫我們檢測(cè)Future是否完成了，不需要再通過(guò)get()方法苦苦等待異步的計(jì)算結(jié)果，如果完成就自動(dòng)調(diào)用回調(diào)函數(shù)，這樣可以減少并發(fā)程序的復(fù)雜度。
ListenableFuture是一個(gè)接口，它從jdk的Future接口繼承，添加了void addListener(Runnable listener, Executor executor)方法。
我們看下如何使用ListenableFuture。首先需要定義ListenableFuture的實(shí)例：
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;
}
});首先通過(guò)MoreExecutors類(lèi)的靜態(tài)方法listeningDecorator方法初始化一個(gè)ListeningExecutorService的方法，然后使用此實(shí)例的submit方法即可初始化ListenableFuture對(duì)象。
ListenableFuture要做的工作，在Callable接口的實(shí)現(xiàn)類(lèi)中定義，這里只是休眠了1秒鐘然后返回一個(gè)數(shù)字1，有了ListenableFuture實(shí)例，可以執(zhí)行此Future并執(zhí)行Future完成之后的回調(diào)函數(shù)。
Futures.addCallback(listenableFuture, new FutureCallback<Integer>() {
@Override
public void onSuccess(Integer result) {
//成功執(zhí)行...
System.out.println("Get listenable future's result with callback " + result);
}
@Override
public void onFailure(Throwable t) {
//異常情況處理...
t.printStackTrace();
}
});那么，以上就是本期介紹的分布式服務(wù)下實(shí)現(xiàn)異步的八種方式了，供您參考。
責(zé)任編輯：華軒
來(lái)源：
架構(gòu)精進(jìn)之路
