简介

随着移动互联网的蓬勃发展，业务架构也随之变得错综复杂，业务系统越来越多。通常，我们处理方法是异步去调取这些接口。随着高并发系统越来越多，异步回调模式也越来越重要。

问题就来了，如何获取处理异步调用的结果呢 ？让我们一起来探讨一下吧～～

Java Future的异步回调

Callable接口

在聊Callable接口之前，先提一下Runnable接口。Runnable接口是在Java多线程中表示线程的业务代码的抽象接口。但是Runnable没有返回值，为了解决这个问题，Java定义了一个和Runnable类似的接口 --- Callable接口。并将业务处理方法名为call

@FunctionalInterface
public interface Callable<V> {
    V call() throws Exception;
}

Callable接口是一个范型接口，也声明为了函数式接口。唯一的抽象方法call有返回值，返回值类型为范型形参的实际类型

初探FutureTask类

故名思意，FutureTask类代表一个未来执行的任务，表示新线程执行的操作。同时也位于java.util.concurrent包中。源码如下：

public class FutureTask<V> implements RunnableFuture<V> {
    public FutureTask(Callable<V> callable) {
        if (callable == null)
            throw new NullPointerException();
        this.callable = callable;
        this.state = NEW;       // ensure visibility of callable
    }
}

FutureTask类就像一座搭在Callable实例与Thread线程实例之间的桥。FutureTask内部封装了一个Callable实例，然后自身又作为Thread线程的target。

Future接口

Future接口并不复杂，主要是对并发任务的执行及获取其结果的一些操作。主要有三大功能。

• 判断并发任务是否执行完。
• 获取并发的任务完成后的结果
• 取消并发执行的任务

package java.util.concurrent;
public interface Future<V> {
  boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning);
  boolean isCancelled();
  boolean isDone();
  V get() throws InterruptedException, ExecutionException;
  V get(long timeout, TimeUnit unit)
        throws InterruptedException, ExecutionException, TimeoutException;
}

详细说法如下：

• V get()：获取并发任务执行的结果。这个方法是阻塞的，如果并发任务没有执行完成调用此方法的线程会一直阻塞
• V get(Long timeout, TimeUtil unit)：获取并发任务执行的结果。也是阻塞的，但是有阻塞的时间限制，如果阻塞时间超过设定的时间，该方法将会抛出异常
• boolean isDone()：获取并发任务的状态是否结束
• boolean isCancelled()：获取并发任务的取消状态。如果任务被取消返回true
• boolean cancel(boolean mayInterruptIfRunning)：取消并发任务的执行

再探FutureTask类

在FutureTask类中，有一个Callable的私有成员，Futuretask内部有一个run方法。这个run方法是Runable接口的抽象方法，在FutureTask类的内部提供了自己的实现。在Thread线程实例执行时，会将这个run方法作为target目标去异步执行。在FutureTask内部的run方法中实际是会执行Callable的call方法。

执行完后结果会保存在私有成员-- outcome属性中

private Object outcome; // non-volatile, protected by state reads/writes

outcome负责保存结果。然后FutureTask通过get方法获取这个object的值，那这个FutureTask的任务也就能成功完成了。

public void run() {
  if (state != NEW ||
      !UNSAFE.compareAndSwapObject(this, runnerOffset,
                                   null, Thread.currentThread()))
    return;
  try {
    Callable<V> c = callable;
    if (c != null && state == NEW) {
      V result;
      boolean ran;
      try {
        result = c.call();
        ran = true;
      } catch (Throwable ex) {
        result = null;
        ran = false;
        setException(ex);
      }
      if (ran)
        // 将result保存到outcome中
        set(result);
    }
  } finally {
    // runner must be non-null until state is settled to
    // prevent concurrent calls to run()
    runner = null;
    // state must be re-read after nulling runner to prevent
    // leaked interrupts
    int s = state;
    if (s >= INTERRUPTING)
      handlePossibleCancellationInterrupt(s);
  }
}

实例

package com.zou;

import java.util.concurrent.FutureTask;
import java.util.concurrent.TimeUnit;


public class futureTask {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        FutureTask<Boolean> TaskA = new FutureTask<>(() -> {
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
                System.out.println("A任务准备好了👌");
            } catch (Exception e) {
                System.out.println("A任务出问题了");
                return false;
            }
            System.out.println("A任务运行结束");
            return true;
        });

        FutureTask<Boolean> TaskB = new FutureTask<>(() -> {
            try {
                TimeUnit.SECONDS.sleep(4);
                System.out.println("B任务准备好了👌");
            } catch (Exception e) {
                System.out.println("B任务出问题了");
                return false;
            }
            System.out.println("B任务运行结束");
            return true;
        });

        Thread threadA = new Thread(TaskA);
        Thread threadB = new Thread(TaskB);

        threadA.start();
        threadB.start();

        Thread.currentThread().setName("主线程");
        try {
            boolean a = TaskA.get();
            boolean b = TaskB.get();
            isReady(a, b);
        } catch (Exception e) {
            System.out.println("发生了中断");
        }
        System.out.println("运行结束");
    }
    public static void isReady(boolean a, boolean b) {
        if (a && b) {
            System.out.println("都准备好了");
        } else if (!a) {
            System.out.println("A没准备好");
        } else {
            System.out.println("B没准备好");
        }
    }
}

运行结果为：

A任务准备好了👌
A任务运行结束
B任务准备好了👌
B任务运行结束
都准备好了
运行结束

要是将上面的代码跑一下会发现，这里的FutureTask类的get方法，异步获取结果的同时，主线程是阻塞的。所以可以将其归为异步阻塞模式。

异步阻塞的效率往往是比较低的，被阻塞的主线程不能干任何事。并没有实现非阻塞的异步结果获取方法。如果需要用到获取异步结果，则需要引入一些框架，先介绍一下Google的Guava框架

Guava的异步回调

Guava是Google提供的Java扩展包，提供一种异步回调的解决方案。相关的源码在com.google.common.util.concurrent包中。包中很多类，都是对java.util.concurrent能力的扩展和增强。比如Guava的异步任务接口ListenableFuture, 实现了非阻塞获取异步结果的功能。

对于异步回调，Guava主要做了以下增强：

• 引入一个新的接口ListenableFuture，继承了Java的Future接口，使得Java的Future异步任务，在Guava中能被监控和获得非阻塞异步执行的结果。
• 引入一个新的接口FutureCallback，这是一个独立的新接口。该接口的目的是在异步任务执行完成后，根据异步结果，完成不同的回调处理，并且可以处理回调结果。

详解FutureCallback

FutureCallback是一个新增的接口，用来填写异步任务执行完后的监听逻辑。有两个回调方法：

• onSuccess方法，在异步任务执行成功后回调；调用时，异步任务的执行结果作为onSuccess方法的参数传入
• onFailure方法，在异步任务执行过程中，抛出异常时被回调；调用时异步任务所抛出的异常，作为onFailure方法的参数传入。

FutureCallback的源代码如下：

public interface FutureCallback<V> {
  /** Invoked with the result of the {@code Future} computation when it is successful. */
  void onSuccess(@Nullable V result);

  /**
   * Invoked when a {@code Future} computation fails or is canceled.
   *
   * <p>If the future's {@link Future#get() get} method throws an {@link ExecutionException}, then
   * the cause is passed to this method. Any other thrown object is passed unaltered.
   */
  void onFailure(Throwable t);
}

注意，Guava的FutureCallable与Java的Callable，名字相近，但实质不同，存在本质的区别：

1. Java的Callable接口，代表的是一部执行的逻辑
2. Guava的FutureCallback接口，代表的是Callable异步逻辑执行完之后，根据成功或者失败的两种情况的善后工作

那么问题来了，Guava如何实现异步任务Callable和FutureCallable结果回调之间的监控关系呢？Guava引入了一个新接口ListenableFuture，它继承了Java的Future接口，增强了监控能力。

详解ListenableFuture

Guava的ListenableFuture接口是对Java的Future接口的扩展，可以理解为异步任务的实例。源代码如下：

public interface ListenableFuture<V> extends Future<V> {
  void addListener(Runnable listener, Executor executor);
}

ListenableFuture仅仅增加了一个方法 -- addListener方法。他的作用是将前一小节的FutureCallback善后回调工作，封装成一个内部的Runnable异步回调任务，在Callable异步任务完成后，回调FutureCallback进行善后处理

在实际编程中，如何将FutureCallback回调逻辑绑定到异步的ListenableFuture任务呢？可以使用Guaba的Futures工具类，他有一个addCallback静态方法，可以将FutureCallback的回调实例绑定到ListenableFuture异步任务。类似这样的绑定：

Futures.addCallback(ListenableFuture, new FutureCallback<Object>() {

  @Override
  public void onSuccess(@Nullable Object result) {

  }

  @Override
  public void onFailure(Throwable t) {

  }
}, executors);

同时，问题来了，Guava都是对Future异步任务的扩展，但是Guava的异步任务从何而来？

获取ListenableFuture异步任务

要获取Guava的ListenableFuture异步任务实例，主要是通过向线程池提交Callable任务的方式来获取。不过这里所说的线程池不是Java的线程池，而是Guava自己的线程池。

Guava线程池是对Java线程池的一种装饰，创建Guava线程池的方式如下：

ExecutorService jPool = Executors.newFixedThreadPool(10);
ListeningExecutorService Pool = MoreExecutors.listeningDecorator(jPool);

先创建一个Java的线程池，在作为Guava线程池的参数传进去得到Guava的线程池，然后我们通过subimt提交任务就可以获得ListenableFuture异步任务实例了

ListenableFuture<Boolean> task = Pool.submit(() -> {
    return true;
});

Futures.addCallback(task, new FutureCallback<Boolean>() {
    @Override
    public void onSuccess(@Nullable Boolean result) {
      
    }

    @Override
    public void onFailure(Throwable t) {

    }
}, jPool);

实例

package com.zou;

import com.google.common.util.concurrent.*;
import org.checkerframework.checker.nullness.qual.Nullable;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class guava {
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 创建 Guava线程池
        ExecutorService jPool = Executors.newFixedThreadPool(10);
        ListeningExecutorService Pool = MoreExecutors.listeningDecorator(jPool);

        // 获取ListenableFuture异步任务
        ListenableFuture<Boolean> task = Pool.submit(() -> {
            TimeUnit.SECONDS.sleep(2);
            System.out.println("副线程开始执行");
            return true;
        });
                
        // 做回调
        Futures.addCallback(task, new FutureCallback<Boolean>() {
            @Override
            public void onSuccess(@Nullable Boolean result) {
                System.out.println("执行成功");
            }

            @Override
            public void onFailure(Throwable t) {
                System.out.println("执行失败");
                t.printStackTrace();
            }
        }, jPool);

        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        System.out.println("主线程执行完成");

    }
}

结果为：

主线程执行完成
副线程开始执行
执行成功

可以发现程序已经是异步非阻塞了。

Guava异步回调和Java的FutureTask异步回调，本质的不同在于；

• Guava是非阻塞的异步回调，调用线程是不阻塞的，可以继续执行自己的业务逻辑
• FutureTask是阻塞的异步回调，调用线程是阻塞的，在获取异步结果的过程中，一直阻塞，等待异步线程返回结果

Netty的异步回调

Netty官方文档中指出Netty的网络操作都是异步的。在Netty源码中，大量使用异步回调处理模式。在Netty的业务开发层面，Netty应用的Handler处理器中的业务处理代码，也都是异步执行的。所以，了解Netty的异步回调是很有必要而且很重要的。

同样，Netty继承和扩展了JDK Future系列异步回调的API，定义了自身的Future系列接口和类，实现了异步任务的监控，异步执行结果的获取。

总体来说，Netty对JavaFuture异步任务扩展如下：

• 继承Java的Future接口，得到一个新的属于Netty自己的Future异步任务接口，该接口对原有的接口进行了增强，使得Netty异步任务能够以非阻塞的方式处理回调的结果。Netty没有修改Future的名称，只是调整了所在的包名。
• 引入了一个新接口 -- GenericFutureListener, 用于表示异步执行完的监听器。Netty使用了监听器模式，异步任务的执行完成后的回调逻辑抽象成了Listener监听器接口。可以将Netty的GenericFutureListener监听器接口加入Netty异步任务Future中，实现对异步任务执行状态的事件监听。

总体来说设计思路和Guava差不多。对应关系为：

• Netty的Future接口，可以对应到Guava的ListenableFuture接口。
• Netty的GenericFutureListener接口，可以对应到Guava的FutureCallback接口。

详解GenericFutureListener接口

前面提到，和Guava的FutureCallback一样，Netty新增了一个接口来封装异步非阻塞回调的逻辑 ----- 它就是GenericFutureListener接口。

GenericFutureListener位于io.netty.util.concurrent包中，源码如下：

public interface GenericFutureListener<F extends Future<?>> extends EventListener {

    /**
     * Invoked when the operation associated with the {@link Future} has been completed.
     *
     * @param future  the source {@link Future} which called this callback
     */
    void operationComplete(F future) throws Exception;
}

GenericFutureListener拥有一个回调方法：operationComplete，表示异步任务操作完成。在Future异步任务执行完成后，将回调此方法。

这里的EventListener是一个空接口，没有任何抽象方法，是一个仅仅具有表示作用的接口。

详解Netty的Future接口

Netty的future接口对一系列的方法做了扩展，对执行的过程进行了监控，对异步回调完成事件进行了监听。Netty的Future接口的源代码如下：

public interface Future<V> extends java.util.concurrent.Future<V> {
  // 增加异步任务是否完成的监听器
    Future<V> addListener(GenericFutureListener<? extends Future<? super V>> listener);
  // 移除异步任务是否执行完成的监听器
  Future<V> removeListener(GenericFutureListener<? extends Future<? super V>> listener);
  .........
}

Netty的Future接口一般不会直接使用，而是会使用子接口。Netty有一系列的子接口，代表不同类型的异步任务，如ChannelFuture接口。

ChannelFuture子接口表示通道IO操作的异步任务；如果在通道的异步IO操作完成后，需要执行回调操作，就需要使用到ChannelFuture。

ChannelFuture的使用

在Netty网络编程中，网络连接通道的输入和输出处理都是异步进行的，都会返回一个ChannelFuture接口的实例。通过返回的异步任务实例，可以为它增加异步回调的监听器。在异步任务真正结束后，回调才执行。

Netty的网络连接的异步回调，实例代码如下：

Bootstrap bootstrap = new Bootstrap();
ChannelFuture connect = bootstrap.connect("localhost", 6666);

connect.addListener(new ChannelFutureListener() {
  @Override
  public void operationComplete(ChannelFuture future) throws Exception {
    if (future.isSuccess()) {
      // 成功
      System.out.println("yes");
    } else {
      // 失败
      System.out.println("exception");
      future.cause().printStackTrace();
    }
  }
});

GenericFutureListener接口在Netty中是一个基础类型接口。在网络编程的异步回调中，一般使用Netty中提供的某个子接口，如ChannelFutureListener接口。

总结

好啦，异步回调的部分基本就到这里了。随着高并发系统越来越多，异步回调模式也越来越重要。我们来回忆一下主要讲了那些异步回调吧～

Java自带的异步回调：

• Future作为接口，对应的FutureTask中的get方法作为结果的回调。但此是异步阻塞的

Guava异步回调：

• ListenableFuture作为接口，对应的FutureCallback做结果的异步回调。异步非阻塞

Netty异步回调：

• Future作为接口(和Java自带的同名不同包)，对应的GenericFutureListener做结果的异步回调。异步非阻塞