1. 概述
随着对编写非阻塞代码的需求不断增长，我们需要异步执行代码的方法。
在本文中，我们将介绍几种在Java中实现异步编程的方法。我们还将探索一些提供现成解决方案的Java库。
2. Java中的异步编程
2.1 Thread
我们可以创建一个新线程来异步执行任何操作。随着Java 8中Lambda表达式的发布，它变得更清晰，更具可读性。
让我们创建一个新线程来计算和打印数字的阶乘：
int number = 20;
Thread newThread = new Thread(() -> {
System.out.println("Factorial of " + number + " is: " + factorial(number));
});
newThread.start();
2.2 FutureTask
自Java 5以来，Future接口提供了一种使用FutureTask执行异步操作的方法。
我们可以使用ExecutorService的submit()方法异步执行任务，并返回FutureTask的实例。
因此，让我们找出一个数字的阶乘：
ExecutorService threadpool = Executors.newCachedThreadPool();
Future<Long> futureTask = threadpool.submit(() -> factorial(number));
while (!futureTask.isDone()) {
System.out.println("FutureTask is not finished yet...");
}
long result = futureTask.get();
threadpool.shutdown();
在这里，我们使用Future接口提供的isDone()方法来检查任务是否完成。如果任务执行已完成，我们可以使用get()方法检索结果。
2.3 CompletableFuture
Java 8引入了CompletableFuture，它结合了Future和CompletionStage。为异步编程提供了各种方法，如supplyAsync、runAsync和thenApplyAsync。
现在让我们使用CompletableFuture代替FutureTask来计算一个数字的阶乘：
CompletableFuture<Long> completableFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> factorial(number));
while (!completableFuture.isDone()) {
System.out.println("CompletableFuture is not finished yet...");
}
long result = completableFuture.get();
我们不需要显式使用ExecutorService，CompletableFuture在内部使用ForkJoinPool异步处理任务。因此，它使我们的代码更清晰。
3. Guava
Guava提供ListenableFuture类来执行异步操作。
首先，我们将添加最新的Guava Maven依赖项：
<dependency>
<groupId>com.google.guava</groupId>
<artifactId>guava</artifactId>
<version>31.0.1-jre</version>
</dependency>
然后让我们使用ListenableFuture计算一个数字的阶乘：
ExecutorService threadpool = Executors.newCachedThreadPool();
ListeningExecutorService service = MoreExecutors.listeningDecorator(threadpool);
ListenableFuture<Long> guavaFuture = (ListenableFuture<Long>) service.submit(()-> factorial(number));
long result = guavaFuture.get();
这里的MoreExecutors类提供了ListeningExecutorService类的实例。然后ListingExecutorService.submit()方法异步执行任务并返回ListenableFuture的实例。
Guava还有一个Futures类，该类提供submitAsync、ScheduleAsync和transformAsync等方法来链接ListenableFutures，类似于CompletableFuture。
例如，让我们看看如何使用Futures.submitAsync()代替ListingExecutorService.submit()方法：
ListeningExecutorService service = MoreExecutors.listeningDecorator(threadpool);
AsyncCallable<Long> asyncCallable = Callables.asAsyncCallable(new Callable<Long>() {
public Long call() {
return factorial(number);
}
}, service);
ListenableFuture<Long> guavaFuture = Futures.submitAsync(asyncCallable, service);
这里的submitAsync方法需要一个AsyncCallable的参数，它是使用Callables类创建的。
此外，Futures类提供了addCallback方法来注册成功和失败回调：
Futures.addCallback(
factorialFuture,
new FutureCallback<Long>() {
public void onSuccess(Long factorial) {
System.out.println(factorial);
}
public void onFailure(Throwable thrown) {
thrown.getCause();
}
},
service);
4. EA Async
Electronic Arts通过ea-async库将.NET的async-await功能引入到Java生态系统中。
该库允许按顺序编写异步(非阻塞)代码。因此，它使异步编程更容易并且自然地扩展。
首先，我们将最新的ea-async Maven依赖添加到pom.xml中：
<dependency>
<groupId>com.ea.async</groupId>
<artifactId>ea-async</artifactId>
<version>1.2.3</version>
</dependency>
然后我们将使用EA的Async类提供的await方法转换之前讨论的CompletableFuture代码：
static {
Async.init();
}
public long factorialUsingEAAsync(int number) {
CompletableFuture<Long> completableFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> factorial(number));
long result = Async.await(completableFuture);
}
在这里，我们在静态块中调用Async.init方法来初始化Async运行时检测。
异步检测在运行时转换代码，并重写对await方法的调用，使其行为类似于使用CompletableFuture链。
因此，调用await方法类似于调用Future.join。
我们可以使用–javaagent JVM参数进行编译时检测。这是Async.init方法的替代方法：
java -javaagent:ea-async-1.2.3.jar -cp <claspath> <MainClass>
现在让我们看另一个顺序编写异步代码的例子。
首先，我们将使用CompletableFuture类的thenComposeAsync和thenAcceptAsync等组合方法异步执行一些链式操作：
CompletableFuture<Void> completableFuture = hello()
.thenComposeAsync(EAAsyncExample::mergeWorld)
.thenAcceptAsync(EAAsyncExample::print)
.exceptionally(throwable -> {
System.out.println(throwable.getCause());
return null;
});
completableFuture.get();
public static CompletableFuture<String> hello() {
return CompletableFuture.supplyAsync(() -> "Hello");
}
public static CompletableFuture<String> mergeWorld(String s) {
return CompletableFuture.supplyAsync(() -> s + " World!");
}
public static void print(String str) {
CompletableFuture.runAsync(() -> System.out.println(str));
}
然后我们可以使用EA的Async.await()转换代码：
try {
String hello = await(hello());
String helloWorld = await(mergeWorld(hello));
await(CompletableFuture.runAsync(() -> print(helloWorld)));
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
该实现类似于顺序阻塞代码；但是，await方法不会阻塞代码。
如前所述，对await方法的所有调用都将由Async工具重写，以类似于Future.join方法的方式工作。
因此，一旦hello方法的异步执行完成，Future结果就会传递给mergeWorld方法。然后使用CompletableFuture.runAsync方法将结果传递给最后一次执行。
5. Cactoos
Cactoos是一个基于面向对象原则的Java库。
它是Google Guava和Apache Commons的替代品，提供用于执行各种操作的通用对象。
首先，让我们添加最新的cactoos Maven依赖项：
<dependency>
<groupId>org.cactoos</groupId>
<artifactId>cactoos</artifactId>
<version>0.43</version>
</dependency>
该库为异步操作提供了一个Async类。
所以我们可以使用Cactoos的Async类的实例计算一个数字的阶乘：
Async<Integer, Long> asyncFunction = new Async<Integer, Long>(input -> factorial(input));
Future<Long> asyncFuture = asyncFunction.apply(number);
long result = asyncFuture.get();
这里apply方法使用ExecutorService.submit方法执行操作，并返回一个Future接口的实例。
类似地，Async类具有exec方法，该方法提供相同的功能但没有返回值。
注意：Cactoos库处于开发的初始阶段，可能还不适合生产使用。
6. Jcabi-Aspects
Jcabi-Aspects通过AspectJ AOP切面为异步编程提供@Async注解。
首先，让我们添加最新的jcabi-aspects Maven依赖项：
<dependency>
<groupId>com.jcabi</groupId>
<artifactId>jcabi-aspects</artifactId>
<version>0.22.6</version>
</dependency>
jcabi-aspects库需要AspectJ运行时支持，因此我们将添加aspectjrt Maven依赖项：
<dependency>
<groupId>org.aspectj</groupId>
<artifactId>aspectjrt</artifactId>
<version>1.9.5</version>
</dependency>
接下来，我们将添加jcabi-maven-plugin插件，该插件将二进制文件与AspectJ切面编织在一起。该插件提供了为我们完成所有工作的ajc目标：
<plugin>
<groupId>com.jcabi</groupId>
<artifactId>jcabi-maven-plugin</artifactId>
<version>0.14.1</version>
<executions>
<execution>
<goals>
<goal>ajc</goal>
</goals>
</execution>
</executions>
<dependencies>
<dependency>
<groupId>org.aspectj</groupId>
<artifactId>aspectjtools</artifactId>
<version>1.9.1</version>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.aspectj</groupId>
<artifactId>aspectjweaver</artifactId>
<version>1.9.1</version>
</dependency>
</dependencies>
</plugin>
现在我们都准备好使用AOP切面进行异步编程：
@Async
@Loggable
public Future<Long> factorialUsingJcabiAspect(int number) {
Future<Long> factorialFuture = CompletableFuture.supplyAsync(() -> factorial(number));
return factorialFuture;
}
当我们编译代码时，库将通过AspectJ编织注入AOP通知代替@Async注解，以异步执行factorialUsingJcabiAspect方法。
让我们使用Maven命令编译类：
mvn install
jcabi-maven-plugin的输出可能类似于：
--- jcabi-maven-plugin:0.14.1:ajc (default) @ java-async ---
[INFO] jcabi-aspects 0.18/55a5c13 started new daemon thread jcabi-loggable for watching of @Loggable annotated methods
[INFO] Unwoven classes will be copied to /tutorials/java-async/target/unwoven
[INFO] jcabi-aspects 0.18/55a5c13 started new daemon thread jcabi-cacheable for automated cleaning of expired @Cacheable values
[INFO] ajc result: 10 file(s) processed, 0 pointcut(s) woven, 0 error(s), 0 warning(s)
我们可以通过检查Maven插件生成的jcabi-ajc.log文件中的日志来验证我们的类是否被正确编织：
Join point 'method-execution(java.util.concurrent.Future
com.baeldung.async.JavaAsync.factorialUsingJcabiAspect(int))'
in Type 'cn.tuyucheng.taketoday.async.JavaAsync' (JavaAsync.java:158)
advised by around advice from 'com.jcabi.aspects.aj.MethodAsyncRunner'
(jcabi-aspects-0.22.6.jar!MethodAsyncRunner.class(from MethodAsyncRunner.java))
然后我们将该类作为一个简单的Java应用程序运行，输出将如下所示：
17:46:58.245 [main] INFO com.jcabi.aspects.aj.NamedThreads -
jcabi-aspects 0.22.6/3f0a1f7 started new daemon thread jcabi-loggable for watching of @Loggable annotated methods
17:46:58.355 [main] INFO com.jcabi.aspects.aj.NamedThreads -
jcabi-aspects 0.22.6/3f0a1f7 started new daemon thread jcabi-async for Asynchronous method execution
17:46:58.358 [jcabi-async] INFO cn.tuyucheng.taketoday.async.JavaAsync -
#factorialUsingJcabiAspect(20): 'java.util.concurrent.CompletableFuture@14e2d7c1[Completed normally]' in 44.64µs
正如我们所见，一个新的守护线程jcabi-async是由异步执行任务的库创建的。
同样，日志记录由库提供的@Loggable注解启用。
7. 总结
在本文中，我们学习了Java中异步编程的几种方法。
首先，我们探索了Java的内置功能，例如用于异步编程的FutureTask和CompletableFuture。然后我们检查了一些库，例如EA Async和Cactoos，它们具有开箱即用的解决方案。
我们还讨论了使用Guava的ListenableFuture和Futures类异步执行任务的支持。最后，我们介绍了jcabi-AspectJ库，它通过异步方法调用的@Async注解提供AOP功能。
与往常一样，本教程的完整源代码可在GitHub上获得。
Post Directory
