关于java:Java异步非阻塞编程的几种方式

一从一个同步的Http调用说起

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

逆天文接口：通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，最简略的同步调用形式：

服务端响应之前，IO会阻塞在：java.net.SocketInputStream#socketRead0 的native办法上：

通过jstack日志，能够发现，此时这个Thread会始终在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期待的过程中，线程资源没有失去充沛的利用，对于大量IO场景的业务吞吐量会有肯定限度。

二 JDK NIO & Future

在JDK 1.5 中，JUC提供了Future形象：

当然并不是所有的Future都是这样实现的，如 io.netty.util.concurrent.AbstractFuture 就是通过线程轮询去。

这样做的益处是，主线程能够不必期待IO响应，能够去做点其余的，比如说再发送一个IO申请，能够等到一起返回：

"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)

主线程在期待后果返回过程中仍然须要期待，没有基本解决此问题。

三应用Callback回调形式

第二节中，仍然须要主线程期待，获取后果，那么可不可以在主线程实现发送申请后，再也不必关怀这个逻辑，去执行其余的逻辑？那就能够应用Callback机制。

如此一来，主线程再也不须要关怀发动IO后的业务逻辑，发送完申请后，就能够彻底去干其余事件，或者回到线程池中再供调度。如果是HttpServer，那么须要联合Servlet 3.1的异步Servlet。

异步Servelt参考资料

https://www.cnblogs.com/daven...

应用Callback形式，从线程模型中看，发现线程资源曾经失去了比拟充沛的利用，整个过程中曾经没有线程阻塞。

四 Callback hell

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

典型的利用场景如，通过经纬度获取行政区域adcode（逆天文接口），而后再依据取得的adcode，获取当地的天气信息（天气接口）。

在同步的编程模型中，简直不会波及到此类问题。

Callback形式的外围缺点

五 JDK 1.8 CompletableFuture

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

将逆天文的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) ，将后果封装。

将天气执行的Call逻辑，也封装成为一个独立的CompletableFuture ，实现之后，逻辑同上。

compose连接，whenComplete输入：

每一个IO操作，均能够封装为独立的CompletableFuture，从而防止回调天堂。

CompletableFuture，只有两个属性：

result：Future的执行后果 (Either the result or boxed AltResult)。

stack：操作栈，用于定义这个Future接下来操作的行为 (Top of Treiber stack of dependent actions)。

weatherFuture这个办法是如何被调用的呢？

通过堆栈能够发现，是在 reverseCodeFuture.complete(result) 的时候，并且也将取得的adcode作为参数执行接下来的逻辑。

这样一来，就完满解决回调天堂问题，在主的逻辑中，看起来像是在同步的进行编码。

六 Vert.x Future

Info-Service中，大量应用的 Vert.x Future 也是相似的解决的计划，不过设计上应用

外围执行的逻辑差不多：

这当然不是Vertx的全副，当然这是题外话了。

七 Reactive Streams

异步编程对吞吐量以及资源有益处，然而有没有对立的形象去解决此类问题内，答案是 Reactive Streams。

外围形象：Publisher Subscriber Processor Subscription ，整个包外面，只有这四个接口，没有实现类。

在JDK 9外面，曾经被作为一种标准封装到 java.util.concurrent.Flow ：

参考资料

https://www.baeldung.com/java...
http://ypk1226.com/2019/07/01...
https://www.reactivemanifesto...
https://projectreactor.io/learn

一个简略的例子：

八 Reactor & Spring 5 & Spring WebFlux

Flux & Mono

参考资料

https://projectreactor.io/doc...
https://speakerdeck.com/simon...