摘要：隨著的核數(shù)的增加，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，由于是一門(mén)函數(shù)式語(yǔ)言，天然的支持異步編程模型，今天主要來(lái)看一下和中的，帶你走入異步編程的大門(mén)。

隨著CPU的核數(shù)的增加，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，由于Scala是一門(mén)函數(shù)式語(yǔ)言，天然的支持異步編程模型，今天主要來(lái)看一下Java和Scala中的Futrue，帶你走入異步編程的大門(mén)。

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？從Future的表面意思是未來(lái)，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，你只管自己去執(zhí)行，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，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，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，燒菜，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)，比如煮飯可能需要比較久的時(shí)間，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，燒菜過(guò)程中也可能有空閑時(shí)間，我們可以去擺置餐具，當(dāng)電飯鍋通知我們飯燒好了，菜也燒好了，最后我們就可以開(kāi)始吃飯了，所以說(shuō)，上面的“煮飯 -> 飯”，“燒菜 -> 菜”都可以看成一個(gè)Future的過(guò)程。

在Java的早期版本中，我們不能得到線程的執(zhí)行結(jié)果，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，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，但隨著Java5的發(fā)布，它為了我們帶來(lái)了Callable和Future接口，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。

通俗的講，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？我們先來(lái)看看它們兩個(gè)的定義：

1.Callable接口：

@FunctionalInterface
public interface Callable {
    /**
     * 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，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。Callable接口中call方法具有返回值，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。

上面說(shuō)到既然Callable接口能返回線程執(zhí)行的結(jié)果，那么為什么還需要Future接口呢？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，另外Callable接口需要委托ExecutorService的submit提交任務(wù)去執(zhí)行，我們來(lái)看看它是如何定義的：

  Future submit(Callable task);
 
 public  Future submit(Callable task) {
        if (task == null) throw new NullPointerException();
        RunnableFuture 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，這里其實(shí)是RunnableFuture接口，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 extends Runnable, Future {
    /**
     * 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，而FutureTask又實(shí)現(xiàn)了RunnableFuture接口，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，其實(shí)上面submit方法的具體實(shí)現(xiàn)也可以看出，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)，執(zhí)行FutureTask時(shí)，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，當(dāng)然再執(zhí)行run方法時(shí)，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。

繼承Future接口，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。

下面是一個(gè)簡(jiǎn)單的Future示例，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，這里我們首先構(gòu)建了一個(gè)ExecutorService，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？ 其實(shí)這里我們并沒(méi)有顯示聲明Callable接口，這里lambda會(huì)幫我們自動(dòng)進(jìn)行類(lèi)型推導(dǎo)，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，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)。

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？這個(gè)結(jié)論其實(shí)很容易得出，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)，線程會(huì)一直阻塞，直到返回值或者超時(shí)，所以Future中的get方法是阻塞，所以雖然利用Future似乎是異步執(zhí)行任務(wù)，但是在某些需求上還是會(huì)阻塞的，并不是真正的異步，stackoverflow上有兩個(gè)討論說(shuō)明了這個(gè)問(wèn)題Future.get，without blocking when task complete，有興趣的同學(xué)可以去看看。

Scala中的Future相對(duì)于Java的Future有什么不同呢？我總結(jié)了一下幾點(diǎn)：

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，首先它也提供了Futrue接口，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，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，也大大降低了我們使用Future的難度。

前面我們也說(shuō)到，Java中的Future并不是全異步的，當(dāng)你需要Future里的值的時(shí)候，你只能用get去獲取它，亦或者不斷訪問(wèn)Future的狀態(tài)，若完成再去取值，但其意義上便不是真正的異步了，它在獲取值的時(shí)候是一個(gè)阻塞的操作，當(dāng)然也就無(wú)法執(zhí)行其他的操作，直到結(jié)果返回。

但在Scala中，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：

但是我們并不推薦這么做，因?yàn)檫@么做又回到了Java的老路上了，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)，這里使用了onComplete，也可以注冊(cè)多個(gè)回調(diào)函數(shù)，但不推薦那么做，因?yàn)槟悴荒鼙ＷC這些回調(diào)函數(shù)的執(zhí)行順序，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。

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，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，我們只需要根據(jù)它的結(jié)果再做處理即可，而其他互不依賴(lài)的操作可以繼續(xù)執(zhí)行不會(huì)阻塞。

前面我們講的較多的都是單個(gè)Future的情況，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，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。

1.flatMap

我們可以利用flatMap來(lái)組合多個(gè)Future，不多說(shuō)，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，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，所以我們并不推薦這么做，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。

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，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，當(dāng)然不得不說(shuō)for yield表達(dá)式是一種語(yǔ)法糖，它最終還是會(huì)被翻譯成我們常見(jiàn)的方法，比如flatMap，map，filter等，感興趣的可以參考它的官方文檔。for yield表達(dá)式

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，為我們提供許多方便而又簡(jiǎn)潔的操作模式，其實(shí)比如還有Future.reduce()，F(xiàn)uture.traverse(),Future.sequence()等方法，這些方法的具體功能和具體使用這里就不講了，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。源碼鏈接

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)，這里主要是Future機(jī)制，在清楚明白它的概念后，我們才能寫(xiě)出更好的程序，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，而且大量使用了Scala中的Future，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。