Java異步非阻塞編程的幾種方式
一 從一個(gè)同步的Http調(diào)用說起
一個(gè)很簡單的業(yè)務(wù)邏輯，其他后端服務(wù)提供了一個(gè)接口，我們需要通過接口調(diào)用，獲取到響應(yīng)的數(shù)據(jù)。
逆地理接口：通過經(jīng)緯度獲取這個(gè)經(jīng)緯度所在的省市區(qū)縣以及響應(yīng)的code：
- curl-i"http://xxx?latitude=31.08966221524924&channel=amap7a&near=false&longitude=105.13990312814713"
- {"adcode":"510722"}
服務(wù)端執(zhí)行，最簡單的同步調(diào)用方式：
服務(wù)端響應(yīng)之前，IO會(huì)阻塞在：java.net.SocketInputStream#socketRead0 的native方法上：
通過jstack日志，可以發(fā)現(xiàn)，此時(shí)這個(gè)Thread會(huì)一直在runable的狀態(tài)：
- "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)
- .......
線程模型示例：
同步最大的問題是在IO等待的過程中，線程資源沒有得到充分的利用，對于大量IO場景的業(yè)務(wù)吞吐量會(huì)有一定限制。
二 JDK NIO & Future
在JDK 1.5 中，JUC提供了Future抽象：
當(dāng)然并不是所有的Future都是這樣實(shí)現(xiàn)的，如 io.netty.util.concurrent.AbstractFuture 就是通過線程輪詢?nèi)ァ?/p>
這樣做的好處是，主線程可以不用等待IO響應(yīng)，可以去做點(diǎn)其他的，比如說再發(fā)送一個(gè)IO請求，可以等到一起返回：
- "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)
主線程在等待結(jié)果返回過程中依然需要等待，沒有根本解決此問題。
三 使用Callback回調(diào)方式
第二節(jié)中，依然需要主線程等待，獲取結(jié)果，那么可不可以在主線程完成發(fā)送請求后，再也不用關(guān)心這個(gè)邏輯，去執(zhí)行其他的邏輯?那就可以使用Callback機(jī)制。
如此一來，主線程再也不需要關(guān)心發(fā)起IO后的業(yè)務(wù)邏輯，發(fā)送完請求后，就可以徹底去干其他事情，或者回到線程池中再供調(diào)度。如果是HttpServer，那么需要結(jié)合Servlet 3.1的異步Servlet。
異步Servelt參考資料
https://www.cnblogs.com/davenkin/p/async-servlet.html
使用Callback方式，從線程模型中看，發(fā)現(xiàn)線程資源已經(jīng)得到了比較充分的利用，整個(gè)過程中已經(jīng)沒有線程阻塞。
四 Callback hell
回調(diào)地獄，當(dāng)Callback的線程還需要執(zhí)行下一個(gè)IO調(diào)用的時(shí)候，這個(gè)時(shí)候進(jìn)入回調(diào)地獄模式。
典型的應(yīng)用場景如，通過經(jīng)緯度獲取行政區(qū)域adcode(逆地理接口)，然后再根據(jù)獲得的adcode，獲取當(dāng)?shù)氐奶鞖庑畔?天氣接口)。
在同步的編程模型中，幾乎不會(huì)涉及到此類問題。
Callback方式的核心缺陷
五 JDK 1.8 CompletableFuture
那么有沒有辦法解決Callback Hell的問題?當(dāng)然有，JDK 1.8中提供了CompletableFuture，先看看它是怎么解決這個(gè)問題的。
將逆地理的Callback邏輯，封裝成一個(gè)獨(dú)立的CompletableFuture，當(dāng)異步線程回調(diào)時(shí)，調(diào)用future.complete(T) ，將結(jié)果封裝。
將天氣執(zhí)行的Call邏輯，也封裝成為一個(gè)獨(dú)立的CompletableFuture ，完成之后，邏輯同上。
compose銜接，whenComplete輸出：
每一個(gè)IO操作，均可以封裝為獨(dú)立的CompletableFuture，從而避免回調(diào)地獄。
CompletableFuture，只有兩個(gè)屬性：
- result：Future的執(zhí)行結(jié)果 (Either the result or boxed AltResult)。
- stack：操作棧，用于定義這個(gè)Future接下來操作的行為 (Top of Treiber stack of dependent actions)。
weatherFuture這個(gè)方法是如何被調(diào)用的呢?
通過堆棧可以發(fā)現(xiàn)，是在 reverseCodeFuture.complete(result) 的時(shí)候，并且也將獲得的adcode作為參數(shù)執(zhí)行接下來的邏輯。
這樣一來，就完美解決回調(diào)地獄問題，在主的邏輯中，看起來像是在同步的進(jìn)行編碼。
六 Vert.x Future
Info-Service中，大量使用的 Vert.x Future 也是類似的解決的方案，不過設(shè)計(jì)上使用Handler的概念。
核心執(zhí)行的邏輯差不多：
這當(dāng)然不是Vertx的全部，當(dāng)然這是題外話了。
七 Reactive Streams
異步編程對吞吐量以及資源有好處，但是有沒有統(tǒng)一的抽象去解決此類問題內(nèi)，答案是 Reactive Streams。
核心抽象：Publisher Subscriber Processor Subscription ，整個(gè)包里面，只有這四個(gè)接口，沒有實(shí)現(xiàn)類。
在JDK 9里面，已經(jīng)被作為一種規(guī)范封裝到 java.util.concurrent.Flow ：
參考資料
https://www.baeldung.com/java-9-reactive-streams
http://ypk1226.com/2019/07/01/reactive/reactive-streams/
https://www.reactivemanifesto.org/
https://projectreactor.io/learn
一個(gè)簡單的例子：
八 Reactor & Spring 5 & Spring WebFlux
Flux & Mono
參考資料
https://projectreactor.io/docs/core/3.1.0.M3/reference/index.html
https://speakerdeck.com/simonbasle/projectreactor-dot-io-reactor3-intro
