5種必會的Java非同步呼叫轉同步的方法你會幾種
Sunny先來說一下對非同步和同步的理解:
- 同步呼叫:呼叫方在呼叫過程中,持續等待返回結果。
- 非同步呼叫:呼叫方在呼叫過程中,不直接等待返回結果,而是執行其他任務,結果返回形式通常為回撥函式。
其實,兩者的區別還是很明顯的,這裡也不再細說,我們主要來說一下Java如何將非同步呼叫轉為同步。換句話說,就是需要在非同步呼叫過程中,持續阻塞至獲得呼叫結果。
不賣關子,先列出五種方法,然後一一舉例說明:
- 使用wait和notify方法
- 使用條件鎖
- Future
- 使用CountDownLatch
- 使用CyclicBarrier
0.構造一個非同步呼叫
首先,寫demo需要先寫基礎設施,這裡的話主要是需要構造一個非同步呼叫模型。非同步呼叫類:
public class AsyncCall { private Random random = new Random(System.currentTimeMillis()); private ExecutorService tp = Executors.newSingleThreadExecutor(); //demo1,2,4,5呼叫方法 public void call(BaseDemo demo){ new Thread(()->{ long res = random.nextInt(10); try { Thread.sleep(res*1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } demo.callback(res); }).start(); } //demo3呼叫方法 public Future<Long> futureCall(){ return tp.submit(()-> { long res = random.nextInt(10); try { Thread.sleep(res*1000); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } return res; }); } public void shutdown(){ tp.shutdown(); } }
我們主要關心call方法,這個方法接收了一個demo引數,並且開啟了一個執行緒,線上程中執行具體的任務,並利用demo的callback方法進行回撥函式的呼叫。大家注意到了這裡的返回結果就是一個[0,10)的長整型,並且結果是幾,就讓執行緒sleep多久——這主要是為了更好地觀察實驗結果,模擬非同步呼叫過程中的處理時間。
至於futureCall和shutdown方法,以及執行緒池tp都是為了demo3利用Future來實現做準備的。
demo的基類:
public abstract class BaseDemo { protected AsyncCall asyncCall = new AsyncCall(); public abstract void callback(long response); public void call(){ System.out.println("發起呼叫"); asyncCall.call(this); System.out.println("呼叫返回"); } }
BaseDemo非常簡單,裡面包含一個非同步呼叫類的例項,另外有一個call方法用於發起非同步呼叫,當然還有一個抽象方法callback需要每個demo去實現的——主要在回撥中進行相應的處理來達到非同步呼叫轉同步的目的。
1. 使用wait和notify方法
這個方法其實是利用了鎖機制,直接貼程式碼:
public class Demo1 extends BaseDemo{ private final Object lock = new Object(); @Override public void callback(long response) { System.out.println("得到結果"); System.out.println(response); System.out.println("呼叫結束"); synchronized (lock) { lock.notifyAll(); } } public static void main(String[] args) { Demo1 demo1 = new Demo1(); demo1.call(); synchronized (demo1.lock){ try { demo1.lock.wait(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } System.out.println("主執行緒內容"); } }
可以看到在發起呼叫後,主執行緒利用wait進行阻塞,等待回撥中呼叫notify或者notifyAll方法來進行喚醒。注意,和大家認知的一樣,這裡wait和notify都是需要先獲得物件的鎖的。在主執行緒中最後我們列印了一個內容,這也是用來驗證實驗結果的,如果沒有wait和notify,主執行緒內容會緊隨呼叫內容立刻列印;而像我們上面的程式碼,主執行緒內容會一直等待回撥函式呼叫結束才會進行列印。
沒有使用同步操作的情況下,列印結果:
發起呼叫
呼叫返回
主執行緒內容
得到結果
1
呼叫結束
而使用了同步操作後:
發起呼叫
呼叫返回
得到結果
9
呼叫結束
主執行緒內容
2. 使用條件鎖
和方法一的原理類似:
public class Demo2 extends BaseDemo { private final Lock lock = new ReentrantLock(); private final Condition con = lock.newCondition(); @Override public void callback(long response) { System.out.println("得到結果"); System.out.println(response); System.out.println("呼叫結束"); lock.lock(); try { con.signal(); }finally { lock.unlock(); } } public static void main(String[] args) { Demo2 demo2 = new Demo2(); demo2.call(); demo2.lock.lock(); try { demo2.con.await(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); }finally { demo2.lock.unlock(); } System.out.println("主執行緒內容"); } }
基本上和方法一沒什麼區別,只是這裡使用了條件鎖,兩者的鎖機制有所不同。
3. Future
使用Future的方法和之前不太一樣,我們呼叫的非同步方法也不一樣。
public class Demo3{ private AsyncCall asyncCall = new AsyncCall(); public Future<Long> call(){ Future<Long> future = asyncCall.futureCall(); asyncCall.shutdown(); return future; } public static void main(String[] args) { Demo3 demo3 = new Demo3(); System.out.println("發起呼叫"); Future<Long> future = demo3.call(); System.out.println("返回結果"); while (!future.isDone() && !future.isCancelled()); try { System.out.println(future.get()); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } catch (ExecutionException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("主執行緒內容"); } }
我們呼叫futureCall方法,方法中會想執行緒池tp提交一個Callable,然後返回一個Future,這個Future就是我們demo3中call中得到的,得到future物件之後就可以關閉執行緒池啦,呼叫asyncCall的shutdown方法。關於關閉執行緒池這裡有一點需要注意,我們回過頭來看看asyncCall的shutdown方法:
public void shutdown(){ tp.shutdown(); }
發現只是簡單呼叫了執行緒池的shutdown方法,然後我們說注意的點,這裡最好不要用tp的shutdownNow方法,該方法會試圖去中斷執行緒中中正在執行的任務;也就是說,如果使用該方法,有可能我們的future所對應的任務將被中斷,無法得到執行結果。
然後我們關注主執行緒中的內容,主執行緒的阻塞由我們自己來實現,通過future的isDone和isCancelled來判斷執行狀態,一直到執行完成或被取消。隨後,我們列印get到的結果。
4. 使用CountDownLatch
使用CountDownLatch或許是日常程式設計中最常見的一種了,也感覺是相對優雅的一種:
public class Demo4 extends BaseDemo{ private final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(1); @Override public void callback(long response) { System.out.println("得到結果"); System.out.println(response); System.out.println("呼叫結束"); countDownLatch.countDown(); } public static void main(String[] args) { Demo4 demo4 = new Demo4(); demo4.call(); try { demo4.countDownLatch.await(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("主執行緒內容"); } }
正如大家平時使用的那樣,此處在主執行緒中利用CountDownLatch的await方法進行阻塞,在回撥中利用countDown方法來使得其他執行緒await的部分得以繼續執行。
當然,這裡和demo1和demo2中都一樣,主執行緒中阻塞的部分,都可以設定一個超時時間,超時後可以不再阻塞。
5. 使用CyclicBarrier
CyclicBarrier的情況和CountDownLatch有些類似:
public class Demo5 extends BaseDemo{ private CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(2); @Override public void callback(long response) { System.out.println("得到結果"); System.out.println(response); System.out.println("呼叫結束"); try { cyclicBarrier.await(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } catch (BrokenBarrierException e) { e.printStackTrace(); } } public static void main(String[] args) { Demo5 demo5 = new Demo5(); demo5.call(); try { demo5.cyclicBarrier.await(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } catch (BrokenBarrierException e) { e.printStackTrace(); } System.out.println("主執行緒內容"); } }
大家注意一下,CyclicBarrier和CountDownLatch僅僅只是類似,兩者還是有一定區別的。比如,一個可以理解為做加法,等到加到這個數字後一起執行;一個則是減法,減到0繼續執行。一個是可以重複計數的;另一個不可以等等等等。
另外,使用CyclicBarrier的時候要注意兩點。第一點,初始化的時候,引數數字要設為2,因為非同步呼叫這裡是一個執行緒,而主執行緒是一個執行緒,兩個執行緒都await的時候才能繼續執行,這也是和CountDownLatch區別的部分。第二點,也是關於初始化引數的數值的,和這裡的demo無關,在平時程式設計的時候,需要比較小心,如果這個數值設定得很大,比執行緒池中的執行緒數都大,那麼就很容易引起死鎖了。
總結
綜上,就是本次需要說的幾種方法了。事實上,所有的方法都是同一個原理,也就是在呼叫的執行緒中進行阻塞等待結果,而在回撥中函式中進行阻塞狀態的解除。
原始碼地址:https://gitee.com/sunnymore/asyncToSync
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