眾所周知，Java 開始方法執(zhí)行到結(jié)束，都是由同一個(gè)線程完成的。這種方式雖易于開發(fā)調(diào)試，但容易因?yàn)殒i、IO 等原因?qū)е戮€程掛起，產(chǎn)生線程上下文切換。隨著對(duì)應(yīng)用并發(fā)能力要求越來越高，頻繁的線程上下文切換所帶來的成本變得難以忽視。同時(shí)，線程也是相對(duì)寶貴的資源，無限制的增加線程是不可能的。優(yōu)秀的技術(shù)人員應(yīng)該能讓應(yīng)用使用更少的線程資源實(shí)現(xiàn)更高的并發(fā)能力。這便是我們今天要討論的話題 —— Java 異步編程技術(shù)。

異步編程其實(shí)并沒有清晰定義。通常我們認(rèn)為，從方法開始到結(jié)束都必須在同一個(gè)線程內(nèi)調(diào)度執(zhí)行的編程方式可被認(rèn)為是同步編程方式。但因?yàn)檫@樣的方式是我們習(xí)以為常的，所以也就沒有專門名字去稱呼它。與這種同步方式相對(duì)的，便是異步。即方法的開始到結(jié)束可以由不同的線程調(diào)度執(zhí)行的編程方式，被成為異步編程。

異步編程技術(shù)目的，重點(diǎn)并非提高并發(fā)能力，而是提高伸縮性 (Scalability)。現(xiàn)在的 Web 服務(wù)，應(yīng)付 QPS 幾百上千，甚至上萬的場(chǎng)景并沒有太大問題，但問題是如何在并發(fā)請(qǐng)求量突增的場(chǎng)景中提供穩(wěn)定服務(wù)呢？如果一個(gè)應(yīng)用能穩(wěn)定提供 QPS 1000的服務(wù)。假如在某一個(gè)大促活動(dòng)中，這個(gè)應(yīng)用的 QPS 突然增加到10000怎么辦？或者 QPS 沒變，但這個(gè)應(yīng)用所依賴的服務(wù)發(fā)生故障，或網(wǎng)絡(luò)超時(shí)。當(dāng)這些情況發(fā)生時(shí)，服務(wù)還能穩(wěn)定提供嗎？雖然熔斷、限流等技術(shù)能夠解決這種場(chǎng)景下服務(wù)的可用性問題，但這畢竟是一種舍車保帥的做法。是否能在流量突增時(shí)仍保證服務(wù)質(zhì)量呢？答案是肯定的，那就是異步編程 + NIO。NIO 技術(shù)本身現(xiàn)在已經(jīng)很成熟了，關(guān)鍵是用一種什么樣的異步編程技術(shù)將 NIO 落地到系統(tǒng)，尤其是業(yè)務(wù)快速迭代的前臺(tái)、中臺(tái)系統(tǒng)中。

這就是本文討論 Java 異步編程的原因。Java 應(yīng)用開發(fā)領(lǐng)域究竟有哪些技術(shù)可以用來提升系統(tǒng)的伸縮性？本文將按照這些技術(shù)的演化歷程，介紹一下這些技術(shù)的意義和演化過程：

• Future
• Callback
• Servlet 3.0
• 反應(yīng)式編程
• Kotlin 協(xié)程
• Project Loom

一、Future

J.U.C 中的 Future 算是 Java 對(duì)異步編程的第一個(gè)解決方案。當(dāng)向線程池 submit 一個(gè)任務(wù)后，這個(gè)任務(wù)便被另一個(gè)線程執(zhí)行了：

Future future = threadPool.submit(() -> {foobar();return result; });Object result = future.get();

但這個(gè)解決方案有很多缺陷：

無法方便得知任務(wù)何時(shí)完成

無法方便獲得任務(wù)結(jié)果

在主線程獲得任務(wù)結(jié)果會(huì)導(dǎo)致主線程阻塞

二、Callback

為了解決使用 Future 所存在的問題，人們提出了一個(gè)叫 Callback 的解決方案。比如 Google Guava 包中的 ListenableFuture 就是基于此實(shí)現(xiàn)的：

ListeningExecutorService service = MoreExecutors.listeningDecorator(Executors.newFixedThreadPool(10)); ListenableFuture<Explosion> explosion = service.submit(new Callable<Explosion>() {public Explosion call() {return pushBigRedButton();} }); Futures.addCallback(explosion, new FutureCallback<Explosion>() {// we want this handler to run immediately after we push the big red button!public void onSuccess(Explosion explosion) {walkAwayFrom(explosion);}public void onFailure(Throwable thrown) {battleArchNemesis(); // escaped the explosion!} });

通過執(zhí)行 ListenableFuture<Explosion> explosion = service.submit(new Callable<Explosion>() {}) 創(chuàng)建異步任務(wù)。通過 Futures.addCallback(explosion, new FutureCallback<Explosion>() {} 添加處理結(jié)果的回調(diào)函數(shù)。這樣避免獲取并處理異步任務(wù)執(zhí)行結(jié)果阻塞調(diào)起線程的問題。Callback 是將任務(wù)執(zhí)行結(jié)果作為接口的入?yún)?#xff0c;在任務(wù)完成時(shí)回調(diào) Callback 接口，執(zhí)行后續(xù)任務(wù)，從而解決純 Future 方案無法方便獲得任務(wù)執(zhí)行結(jié)果的問題。

但 Callback 產(chǎn)生了新的問題，那就是代碼可讀性的問題。因?yàn)槭褂?Callback 之后，代碼的字面形式和其所表達(dá)的業(yè)務(wù)含義不匹配，即業(yè)務(wù)的先后關(guān)系到了代碼層面變成了包含和被包含的關(guān)系。

因此，如果大量使用 Callback 機(jī)制，將使大量的應(yīng)該是先后的業(yè)務(wù)邏輯在代碼形式上表現(xiàn)為層層嵌套。這會(huì)導(dǎo)致代碼難以理解和維護(hù)。這便是所謂的 Callback Hell（回調(diào)地獄）問題。

Callback Hell 問題可以從兩個(gè)方向進(jìn)行一定的解決：一是事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制、二是鏈?zhǔn)秸{(diào)用。前者被如 Vert.x 所使用，后者被 CompletableFuture、反應(yīng)式編程等技術(shù)采用。但這些優(yōu)化的效果有限，不能根本上解決 Callback 機(jī)制所帶來的代碼可維護(hù)性的下降。

Callback 與 NIO

Callback 真正體現(xiàn)價(jià)值，是它與 NIO 技術(shù)結(jié)合之后。原因也很簡單：對(duì)于 CPU 密集型應(yīng)用，采用 Callback 風(fēng)格沒有意義；對(duì)于 IO 密集型應(yīng)用，如果是使用 BIO，Callback 同樣沒有意義，因?yàn)樽罱K會(huì)有一個(gè)線程是因?yàn)?IO 而阻塞。而只有使用 NIO 才能避免線程阻塞，也必須使用 Callback 風(fēng)格，才能使應(yīng)用得以被開發(fā)出來。NIO 的廣泛應(yīng)用是在 Apache Mina、JBoss Netty 等技術(shù)出現(xiàn)之后。這些技術(shù)很大程度地簡化了 NIO 技術(shù)的使用，但直接使用它們開發(fā)業(yè)務(wù)系統(tǒng)還是很繁瑣。

下面看一個(gè)真實(shí)的例子。這個(gè)例子背后的完整應(yīng)用的功能是將微軟 Exchange 服務(wù)接口（Exchange Web Service）轉(zhuǎn)換為 Rest 風(fēng)格的接口，下面這段代碼是這個(gè)應(yīng)用的一部分。

public class EwsCalendarHandler extends ChannelInboundHandlerAdapter {@Overridepublic void channelRead(final ChannelHandlerContext ctx, Object msg) {if (msg instanceof HttpRequest) {final HttpRequest origReq = (HttpRequest) msg;HttpRequest request = translateRequest(origReq);if (backendChannel == null) {connectBackendFuture = connectBackend(ctx, StaticConfiguration.EXCHANGE_PORT);sendMessageAfterConnected(ctx, request);} else if (backendChannel.isActive()) {setHttpRequestToBackendHandler(request);sendObjectAndFlush(ctx, request);} else {sendMessageAfterConnected(ctx, request);}} else if (msg instanceof HttpContent) {HttpContent content = (HttpContent) msg;if (backendChannel == null || !backendChannel.isActive()) {sendMessageAfterConnected(ctx, content);} else {sendObjectAndFlush(ctx, content);}}}private void sendMessageAfterConnected(final ChannelHandlerContext ctx, final HttpObject message) {if (connectBackendFuture == null) {LOGGER.warn("next hop connect future is null, drop the message and return: {}", message);return;}connectBackendFuture.addListener((ChannelFutureListener) future -> {if (future.isSuccess()) {ChannelFuture f = sendObjectAndFlush(ctx, message);if (f != null) {f.addListener((future1) ->backendChannel.attr(FIND_ITEM_START_ATTR_KEY).set(System.currentTimeMillis()));}}});} }

在方法 sendMessageAfterConnected 中，我們已經(jīng)能看到嵌套兩層的 Callback。而上面實(shí)例中的 EwsCalendarHandler 所實(shí)現(xiàn)的 ChannelInboundHandler 接口，本質(zhì)上也是一個(gè)回調(diào)接口。

其實(shí)上面的例子只有一級(jí)服務(wù)調(diào)用。在微服務(wù)流行的今天，多級(jí)服務(wù)調(diào)用很常見，一個(gè)服務(wù)先調(diào) A，再用結(jié)果 A 調(diào) B，然后用結(jié)果 B 調(diào)用 C，等等。這樣的場(chǎng)景，如果直接用 Netty 開發(fā)，技術(shù)難度會(huì)比傳統(tǒng)方式增加很多。這其中的難度來自兩方面，一是 NIO 和 Netty 本身的技術(shù)難度，二是 Callback 風(fēng)格所導(dǎo)致的代碼理解和維護(hù)的困難。

因此，直接使用 Netty，通常局限在基礎(chǔ)架構(gòu)層面，在前臺(tái)和中臺(tái)業(yè)務(wù)系統(tǒng)中，應(yīng)用較少。

三、Servlet 3.0

上面講到，如果直接使用 Netty 開發(fā)應(yīng)用，將不可避免地遇到 Netty 和 NIO 本身的技術(shù)挑戰(zhàn)，以及 Callback Hell 問題。對(duì)于前者，Servlet 3.0 提供了一個(gè)解決方案。

▼ 示例：Servlet 3.0 ▼

@WebServlet(urlPatterns = "/demo", asyncSupported = true) public class AsyncDemoServlet extends HttpServlet {@Overridepublic void doGet(HttpServletRequest req, HttpServletResponse resp) throws IOException, ServletException {// Do SomethingAsyncContext ctx = req.startAsync();startAsyncTask(ctx);} }private void startAsyncTask(AsyncContext ctx) {requestRpcService(result -> {try {PrintWriter out = ctx.getResponse().getWriter();out.println(result);out.flush();ctx.complete();} catch (Exception e) {e.printStackTrace();}}); }

Servlet 3.0 的出現(xiàn)，解決了在過去基于 Servlet 的 Web 應(yīng)用中，接受請(qǐng)求和返回響應(yīng)必須在同一個(gè)線程的問題，實(shí)現(xiàn)了如下目標(biāo)：

可以避免了 Web 容器的線程被阻塞掛起

使請(qǐng)求接收之后的任務(wù)處理可由專門線程完成

不同任務(wù)可以實(shí)現(xiàn)線程池隔離

結(jié)合 NIO 技術(shù)實(shí)現(xiàn)更高效的 Web 服務(wù)

除了直接使用 Servlet 3.0，也可以選擇 Spring MVC 的 Deferred Result。

▼ 示例：Spring MVC DeferredResult ▼

@GetMapping("/async-deferredresult") public DeferredResult<ResponseEntity<?>> handleReqDefResult(Model model) {LOG.info("Received async-deferredresult request");DeferredResult<ResponseEntity<?>> output = new DeferredResult<>();ForkJoinPool.commonPool().submit(() -> {LOG.info("Processing in separate thread");try {Thread.sleep(6000);} catch (InterruptedException e) {}output.setResult(ResponseEntity.ok("ok"));});LOG.info("servlet thread freed");return output; }

Servlet 3.0 的技術(shù)局限

Servlet 3.0 并不是用來解決前面提到的 Callback Hell 問題的，它只是降低了異步 Web 編程的技術(shù)門檻。對(duì)于 Callback Hell 問題，使用 Servlet 3.0 或類似技術(shù)時(shí)同樣會(huì)遇到。解決 Callback Hell 還需另尋他法。

四、反應(yīng)式編程

現(xiàn)在擋在異步編程最大的障礙就是 Callback Hell，因?yàn)?Callback Hell 對(duì)代碼可讀性有很大殺傷力。而本節(jié)介紹的反應(yīng)式編程技術(shù)，除了響應(yīng)性、伸縮性、容錯(cuò)性以外，從開發(fā)人員的角度來講，就是代碼可讀性要比 Callback 提升了許多。

▼ 圖：反應(yīng)式編程的特性 ▼

?

▼ 反應(yīng)式編程簡單示例 ▼

userService.getFavorites(userId).flatMap(favoriteService::getDetails).switchIfEmpty(suggestionService.getSuggestions()).take(5).publishOn(UiUtils.uiThreadScheduler()).subscribe(uiList::show, UiUtils::errorPopup);

可讀性的提高原因在于反應(yīng)式編程可讓開發(fā)人員將實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的各種方法使用鏈?zhǔn)剿阕哟?lián)起來，而串聯(lián)起來的各種方法的先后關(guān)系與執(zhí)行順序大體一致。

這其實(shí)是采用了函數(shù)式編程的設(shè)計(jì)，通過函數(shù)式編程解決了之前 Callback 設(shè)計(jì)存在的代碼可讀性問題。

雖然相對(duì)于 Callback，代碼可讀性是反應(yīng)式編程的優(yōu)點(diǎn)，但這種優(yōu)點(diǎn)是相對(duì)的，相對(duì)于傳統(tǒng)代碼，可讀性就成了反應(yīng)式編程的缺點(diǎn)。上面的例子代碼看上去還容易理解，但換成下面的例子，大家就又能重新看到 Callback Hell 的影子了：

▼ 示例：查詢最近郵件數(shù)（反應(yīng)式編程版） ▼

@GetMapping("/reactive/{personId}") fun getMessagesFor(@PathVariable personId: String): Mono<String> {return peopleRepository.findById(personId).switchIfEmpty(Mono.error(NoSuchElementException())).flatMap { person ->auditRepository.findByEmail(person.email).flatMap { lastLogin ->messageRepository.countByMessageDateGreaterThanAndEmail(lastLogin.eventDate, person.email).map { numberOfMessages ->"Hello ${person.name}, you have $numberOfMessages messages since ${lastLogin.eventDate}"}}} }

因此，反應(yīng)式編程只看代碼形式，可以被視為 Callback 2.0。解決了之前的一些問題，但并不徹底。

目前，在 Java 領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了反應(yīng)式編程的技術(shù)有 Spring 的 Project Reactor、Netflix RxJava 1/2 等。前者的 3.0 版本作為 Spring 5 的基礎(chǔ)，在17年底發(fā)布，推動(dòng)了后端領(lǐng)域反應(yīng)式編程的發(fā)展。后者出現(xiàn)時(shí)間更早，在前端開發(fā)領(lǐng)域應(yīng)用的比后端更要廣泛一些。

除了開源框架，JDK 也提供了對(duì)反應(yīng)式編程解決方案：JDK 8 的 CompletableFuture 不算是反應(yīng)式編程，但是它在形式上帶有一些反應(yīng)式編程的函數(shù)式代碼風(fēng)格。JDK 9 Flow 實(shí)現(xiàn)了 Reactive Streams 規(guī)范，但是實(shí)施反應(yīng)式編程需要完整的解決方案，單靠 Flow 是不夠的，還是需要 Project Reactor 這樣的完整解決方案。但 JDK 層面的技術(shù)能提供統(tǒng)一的技術(shù)抽象和實(shí)現(xiàn)，在統(tǒng)一技術(shù)方面還是有積極意義的。

反應(yīng)式編程的應(yīng)用范圍

正如前面所說，反應(yīng)式編程仍然存在代碼可讀性的問題，這個(gè)問題在加上反應(yīng)式編程本身的技術(shù)門檻，使得用反應(yīng)式編程技術(shù)在業(yè)務(wù)系統(tǒng)開發(fā)領(lǐng)域一直沒有流行普及。但是對(duì)于核心系統(tǒng)、底層系統(tǒng)，反應(yīng)式編程技術(shù)所帶來的伸縮性、容錯(cuò)性的提升同其增加的開發(fā)成本相比通常是可以接受。因此核心系統(tǒng)、底層系統(tǒng)是適合采用反應(yīng)式編程技術(shù)的。

五、Kotlin 協(xié)程

前面介紹的各種技術(shù)，都有明顯的缺陷：Future 不是真異步；Callback 可讀性差；Servlet 3.0 等技術(shù)沒能解決 Callback 的缺陷；反應(yīng)式編程還是難以編寫復(fù)雜業(yè)務(wù)。到了18年，一種新的 JVM 編程語言開始流行：Kotlin。Kotlin 首先流行在 Android 開發(fā)領(lǐng)域，因?yàn)樗玫搅?Google 的首肯和支持。但對(duì)于后端開發(fā)領(lǐng)域，因?yàn)橐豁?xiàng)特性，使得 Kotlin 也非常值得注意。那就是 Kotlin Coroutine（后文稱 Kotlin 協(xié)程）。對(duì)于這項(xiàng)技術(shù)，我已經(jīng)寫過三篇文章，分別介紹入門、原理和與 Spring Project Reactor 的整合方式。感興趣的同學(xué)可以去我的簡書和微信公眾號(hào)上去看這些文章（搜索“編走編想”）。

協(xié)程技術(shù)不是什么新技術(shù)，它在很多語言中都有實(shí)現(xiàn)，比如大家所熟悉的 Python、Lua、Go 都是支持協(xié)程的。在不同語言中，協(xié)程的實(shí)現(xiàn)方法各有不同。因?yàn)?Kotlin 的運(yùn)行依賴于 JVM，不能對(duì) JVM 進(jìn)行修改，因此，Kotlin 不能在底層支持協(xié)程。同時(shí)，Kotlin 是一門編程語言，需要在語言層面支持協(xié)程，而不是像框架那樣在語言層面之上支持。因此，Kotlin 對(duì)協(xié)程支持最核心的部分是在編譯器中。因?yàn)閷?duì)這部分原理的解釋在之前文章中都有涉及，因此不在這里重復(fù)。

使用 Kotlin 協(xié)程之后最大的好處是異步代碼的可讀性大大提高。如果上一個(gè)示例用 Kotlin 協(xié)程實(shí)現(xiàn)，那就是下面的樣子：

▼ 示例：查詢最近郵件數(shù)（Kotlin 協(xié)程版） ▼

@GetMapping("/coroutine/{personId}") fun getNumberOfMessages(@PathVariable personId: String) = mono(Unconfined) {val person = peopleRepository.findById(personId).awaitFirstOrDefault(null)?: throw NoSuchElementException("No person can be found by $personId")val lastLoginDate = auditRepository.findByEmail(person.email).awaitSingle().eventDateval numberOfMessages =messageRepository.countByMessageDateGreaterThanAndEmail(lastLoginDate, person.email).awaitSingle()"Hello ${person.name}, you have $numberOfMessages messages since $lastLoginDate" }

目前在 Spring 應(yīng)用中使用 Kotlin 協(xié)程還有些小繁瑣，但在 Spring Boot 2.2 中，可以直接在 Spring WebFlux 方法上使用 suspend 關(guān)鍵字。

Kotlin 協(xié)程最大的意義就是可以用看似指令式編程方式（Imperative Programming
，即傳統(tǒng)編程方式）去寫異步編程代碼。并發(fā)和代碼可讀性似乎兩全其美了。

Kotlin 協(xié)程的局限性

但事情不是那么完美。Kotlin 協(xié)程依賴于各種基于 Callback 的技術(shù)。像上面的例子，之所以可以用 Kotlin 協(xié)程，是因?yàn)樯弦粋€(gè)版本使用了反應(yīng)式編程技術(shù)。所以，只有當(dāng)一段代碼使用了 ListenableFuture、CompletableFuture、Project Reactor、RxJava 等技術(shù)時(shí)，才能用 Kotlin 協(xié)程進(jìn)行改造優(yōu)化。那對(duì)于其它的會(huì)阻塞線程的技術(shù)，如 Object.wait、Thread.sleep、Lock、BIO 等，Kotlin 協(xié)程就無能為力了。

另外一個(gè)局限性源于 Kotlin 本身。雖然 Kotlin 兼容 Java，但這種兼容并非完美。因此，對(duì)于組件，尤其是基礎(chǔ)組件的開發(fā)，并不推薦使用 Kotlin，而是更推薦使用 Java。這也導(dǎo)致 Kotlin 協(xié)程的使用范圍被進(jìn)一步地限制。

六、Project Loom

前面講到，雖然 Kotlin 協(xié)程看上去很好，但在使用上還是有著種種限制。那有沒有更好的選擇呢？答案是 Project Loom (https://openjdk.java.net/projects/loom/)。這個(gè)項(xiàng)目在18年底的時(shí)候已經(jīng)達(dá)到可初步演示的原型階段。不同于之前的方案，Project Loom 是從 JVM 層面對(duì)多線程技術(shù)進(jìn)行徹底的改變。

Project Loom 設(shè)計(jì)思想與之前的一個(gè)開源 Java 協(xié)程技術(shù)非常相似。這個(gè)技術(shù)就是 Quasar Fiber https://docs.paralleluniverse.co/quasar/ 。而現(xiàn)在 Project Loom 的主要設(shè)計(jì)開發(fā)人員 Ron Pressler 就是來自 Quasar Fiber。

這里建議大家讀一下 Project Loom 的這篇文檔：http://cr.openjdk.java.net/~rpressler/loom/Loom-Proposal.html。這篇文檔介紹了發(fā)起 Project Loom 的原因，以及 Java 線程基礎(chǔ)的很多底層設(shè)計(jì)。

其實(shí)發(fā)起 Project Loom 的原因也很簡單：長期以來，Java 的線程是與操作系統(tǒng)的線程一一對(duì)應(yīng)的，這限制了 Java 平臺(tái)并發(fā)能力的提升。各種框架或其它 JVM 編程語言的解決方案，都在使用場(chǎng)景上有限制。例如 Kotlin 協(xié)程必須基于各種 Callback 技術(shù)，而 Callback 技術(shù)有存在編寫、調(diào)試?yán)щy的問題。為了使 Java 并發(fā)能力在更大范圍上得到提升，從底層進(jìn)行改進(jìn)便是必然。

下面這幅圖很好地展示了目前 Java 并發(fā)編程方面的困境，簡單的代碼并發(fā)、伸縮能力差；并發(fā)、伸縮能力強(qiáng)的代碼復(fù)雜，難以與現(xiàn)有代碼整合。

?

為了讓簡單和高并發(fā)這兩個(gè)目標(biāo)兼得，我們需要 Project Loom 這個(gè)項(xiàng)目。

使用方法

在引入 Project Loom 之后，JDK 將引入一個(gè)新類：java.lang.Fiber。此類與 java.lang.Thread 一起，都成為了 java.lang.Strand 的子類。即線程變成了一個(gè)虛擬的概念，有兩種實(shí)現(xiàn)方法：Fiber 所表示的輕量線程和 Thread 所表示的傳統(tǒng)的重量級(jí)線程。

對(duì)于應(yīng)用開發(fā)人員，使用 Project Loom 很簡單：

Fiber f = Fiber.schedule(() -> {println("Hello 1");lock.lock(); // 等待鎖不會(huì)掛起線程try {println("Hello 2");} finally {lock.unlock();}println("Hello 3"); })

只需執(zhí)行 Fiber.schedule(Runnable task) 就能在 Fiber 中執(zhí)行任務(wù)。最重要的是，上面例子中的 lock.lock() 操作將不再掛起底層線程。除了 Lock 不再掛起線程以外，像 Socket BIO 操作也不再掛起線程。 但 synchronized，以及 Native 方法中線程掛起操作無法避免。

synchronized (monitor) {// 在 Fiber 中調(diào)用這條語句還是會(huì)掛起線程。socket.getInputStream().read(); }

如上所示，Fiber 的使用非常簡單。因此，讓現(xiàn)有系統(tǒng)使用 Project Loom 很容易。像 Tomcat、Jetty 這樣的 Web 容器，只需將處理請(qǐng)求操作從使用 ThreadPoolExecutor execute 或 submit 改為使用 Fiber schedule 即可。這個(gè)視頻 https://www.youtube.com/watch?v=vbGbXUjlRyQ&t=1240s 中的 Demo 展示了 Jetty 使用 Project Loom 改造之后并發(fā)吞吐能力的大幅提升。

實(shí)現(xiàn)原理

接下來簡單介紹一下 Project Loom 的實(shí)現(xiàn)原理。Project Loom 的使用主要基于 Fiber，而實(shí)現(xiàn)則主要基于 Continuation。Contiuation 表示一個(gè)可暫停和恢復(fù)的計(jì)算單元。在 Project Loom 中，Continuationn 使用 java.lang.Continuation 類實(shí)現(xiàn)。這個(gè)類主要供類庫實(shí)現(xiàn)使用，而不是直接被應(yīng)用開發(fā)人員使用。Continuation 主要內(nèi)容如下所示：

package java.lang;public class Continuation implements Runnable {public Continuation(ContinuationScope scope, Runnable target)public final void run()public static void yield(ContinuationScope scope)public boolean isDone() }

Continuation 實(shí)現(xiàn)了 Runnable 接口，構(gòu)造時(shí)除了需要提供一個(gè) Runnable 類型的參數(shù)以外，還需要提供一個(gè) java.lang.ContinuationScope 的參數(shù)。ContinuationScope 顧名思義表示 Continuation 的范圍。Continuation 可以被想象成是一個(gè)方法執(zhí)行過程，方法可以調(diào)用其它方法。同時(shí)，方法執(zhí)行也有一定的影響范圍，如 try...catch 就規(guī)定了相應(yīng)的范圍。ContinuationScope 就起到了起到了相應(yīng)的作用。

Continuation 有兩個(gè)最重要的方法：run 和 yield。run 方法首次被調(diào)用時(shí)，就會(huì)執(zhí)行 Runnable target 的 run 方法。但是，在調(diào)用了 yield 方法后，再次調(diào)用 run 方法，Continuation 就不會(huì)從頭執(zhí)行，而是從 yield 的位置開始執(zhí)行。

為了更形象的理解，下面看一個(gè)例子：

Continuation con = new Continuation(SCOPE, () -> {println("A");Continuation.yield(SCOPE);println("B");Continuation.yield(SCOPE);println("C"); });con.run(); con.run(); con.run();

輸出結(jié)果：

A B C

上面的例子非常簡單：創(chuàng)建一個(gè) Continuation，其 Runnable target 打印 A、B、C，并在其中 yield 兩次。創(chuàng)建之后調(diào)用三次 run() 方法。如果這樣執(zhí)行一個(gè)普通的 Runnable，那應(yīng)該打印三次 A、B、C，一共打印九次。而 Continuation 在 yield 之后執(zhí)行 run，會(huì)從 yield 的位置往后執(zhí)行，而不是從頭開始。

Continuation yield 類似 Thread 的 yield，但前者需要顯式調(diào)用 run 方法恢復(fù)執(zhí)行。

在 Project Loom 之后，LockSupport 的 park 操作將變?yōu)?#xff1a;

public class LockSupport {var strand = Strands.currentStrand();if (strand instanceof Fiber) {Continuation.yield(FIBER_SCOPE);} else {Unsafe.park(false, 0L);} }

七、展望

Java 作為使用率最高的編程軟件，在包括后端開發(fā)、手機(jī)應(yīng)用開發(fā)、大數(shù)據(jù)等眾多領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用。但畢竟是一門誕生20多年的編程語言，存在一些現(xiàn)在看來設(shè)計(jì)上的不足和受到后來者的挑戰(zhàn)都是正常。但必須說明，我們口中的 Java 并非一門單純的編程語言。而應(yīng)該被視為 Java 語言 + JVM + Java 類庫三部分組成。這三部分中，毫無疑問，JVM 是基礎(chǔ)。但 JVM 設(shè)計(jì)之初就并非和 Java 語言緊密綁定，緊密綁定的只是字節(jié)碼。由任何編程語言編譯得到的合法字節(jié)碼都能運(yùn)行在 JVM 之上。這使得 Java 語言層面設(shè)計(jì)的不足可有其它編程語言解決，于是出現(xiàn)了 Groovy、Scala、Kotlin、Clojure 等眾多 JVM 語言。這些語言很大程度上彌補(bǔ)了 Java 的不足。

但像多線程這樣的技術(shù)，由于和底層虛機(jī)和操作系統(tǒng)有千絲萬縷的聯(lián)系，想要徹底改進(jìn)，繞不開底層優(yōu)化。這就是 Project Loom 出現(xiàn)的原因。相信 Project Loom 技術(shù)會(huì)將 Java 的并發(fā)能力提升至和 Golang 一樣的水平，而付出的成本只是對(duì)現(xiàn)有項(xiàng)目的少量改動(dòng)。

Azul 的 Deputy CTO Simon Ritter 曾透露 Project Loom 很可能在 Java 13 時(shí)發(fā)布。究竟能不能趕上 Java 13，這個(gè)不可知，好在 Java 13 的特性還未完全確定，說不定可以 Project Loom 可以趕上末班車。

就算 Project Loom 沒能和 Java 13 一起發(fā)布。但目前反應(yīng)式編程的趨勢(shì)也非常明顯。隨著新版本的 Spring 和 Kotlin 的發(fā)布，反應(yīng)式編程的使用、調(diào)試變得越來越簡單。Dubbo 也明確表示在 3.0 中將會(huì)支持 Project Reactor。R2DBC 在不久的未來也會(huì)支持 MySQL。因此，Java 異步編程將快速發(fā)展，在易用性方面迅速趕上甚至超過 Go。

另一方面，開發(fā)人員也不要將自己局限在某種特定技術(shù)上，對(duì)各種技術(shù)都保持開放的態(tài)度是開發(fā)人員技能不斷提高的前提。只會(huì)簡單說某某語言、某某技術(shù)比其它技術(shù)更好的技術(shù)人員永遠(yuǎn)不會(huì)成為出色的技術(shù)人員。

作者：編走編想
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來源：簡書
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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Java 异步编程：从 Future 到 Loom的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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