Java 异步编程最佳实践

最近异步编程非常流行， 主要是它能够在多核系统上提高吞吐率。异步编程是一种编程方式，可以提高对UI的快速响应。 Java中的异步编程模型提供了一致性的编程模型， 可以用来在程序中支持异步。 本文讨论了在使用Java执行异步操作应该遵循的最佳实践。

原文：Best Practices of Asynchronous Programming With Java

什么是异步？为什么要用它？

异步编程提供了一个非阻塞的，事件驱动的编程模型。 这种编程模型利用系统中多核执行任务来提供并行，因此提供了应用的吞吐率。此处吞吐率是指在单位时间内所做任务的数量。 在这种编程方式下， 一个工作单元将独立于主应用线程而执行， 并且会将它的状态通知调用线程：成功，处理中或者失败。

我们需要异步来消除阻塞模型。其实异步编程模型可以使用同样的线程来处理多个请求， 这些请求不会阻塞这个线程。想象一个应用正在使用的线程正在执行任务， 然后等待任务完成才进行下一步。 log框架就是一个很好的例子：典型地你想将异常和错误日志记录到一个目标中， 比如文件，数据库或者其它类似地方。你不会让你的程序等待日志写完才执行，否则程序的响应就会受到影响。 相反，如果对log框架的调用是异步地，应用就可以并发执行其它任务而无需等待。这是一个非阻塞执行的例子。

为了在Java中实现异步，你需要使用Future 和 FutureTask, 它们位于java.util.concurrent包下. Future是一个接口而FutureTask是它的一个实现类。实际上，如果在你的代码中使用Future, 你的异步任务会立即执行， 并且调用线程可以得到结果promise。

下面的代码片段定义了一个包含两个方法的接口。 一个是同步方法，另外一个是异步方法。

import java.util.concurrent.Future;
public interface IDataManager {
   // synchronous method
   public String getDataSynchronously();
   // asynchronous method
   public Future<String> getDataAsynchronously();
}

值得注意的是回调模型的弊端就是当回调嵌套时很麻烦。

该做和不该做的

为了方便测试， 你应该在代码中将功能从多线程中隔离出来。当在Java中编写异步代码时，你应该遵循异步模型，这样调用线程就不会被阻塞。
注意构造函数不能是异步的，你不应该在构造函数中调用异步方法。当任务互相不依赖时异步方式尤其有用。当调用任务依赖被调用任务时不应该使用异步(译者按：这对异步来说无意义，因为业务上调用线程被阻塞了).

你应该在异步方法中处理异常. 你不应该为长时间的task实现异常. 一个长时间运行的任务，如果异步执行的话, 可能会比同步执行耗费更长的时间， 因为运行时要为异步执行的方法执行线程上下文的切换， 线程状态的存储等. 你也应该注意同步的异常和异步的异常有所不同。 同步异常暗示 每次程序执行到那个程序特殊状态时就会抛出异常；异步异常的跟踪则困难的多。所以同步和异步异常暗示同步或异步代码可能抛出异常(synchronous and asynchronous exceptions imply synchronous or asynchronous code in your program that might raise exceptions.)。

推荐阅读

1. https://msdn.microsoft.com/en-us/magazine/dn818494.aspx
2. http://docs.oracle.com/javaee/6/tutorial/doc/gkiez.html
3. https://technology.amis.nl/2009/02/19/asynchronous-processing-in-java-applications-leveraging-those-multi-cores/
4. http://javarevisited.blogspot.in/2015/01/how-to-use-future-and-futuretask-in-Java.html
5. http://www.codeproject.com/Articles/562021/Asynchronous-models-and-patterns

总结

异步对于设计大规模快速响应的应用是至关重要的。异步回调模型带来了很多的好处；你可以依赖你的异步回调方法来执行昂贵的I/O操作而你的处理器可以执行其它任务。然而虽然在Java和C#中提供了异步的支持，异步编程并不总是那么容易实现。异步方式的使用要谨慎: 你应该清楚什么时候可以用和什么时候不该用。

本文中我们介绍了异步编程的概念， 以及使用Java编程需要怎么去实现. 本文也列出了使用异步编程的最佳实践。谢谢阅读。

译者增加的内容

Java 7中提供了Fork/Join框架， 可以将一个大的task分割成很多可以并行执行的小task。Java 8中parallelStream内部利用Fork/Join执行并发操作。
如果使用Java 8,可以使用CompletableFuture类(可以参考我写的另外一篇文章Java CompletableFuture 详解)，它提供了更多的异步的控制，如果你还在使用较老版本的Java，可以使用Guava等框架提供的Future。

Reactive Extensions for .NET提供了异步和基于事件编程框架， Java中对应的是Netflix的RxJava,你可以使用它实现CQRS和Event Sourcing模式。

Akka提供了一个分布式的，容错的，事件驱动的框架， 可以实现异步的分布式的编程。

还有Spring的reactor也提供了高性能的事件驱动的异步框架。

像Node.js天生支持异步编程模式， 其它语言如golang使用 goroutines 和 channels.也很容易实现异步。