阿里P7详解Java并发之异步转同步

在Java并发编程中，经常会因为需要提高响应速度而将请求异步化，即将同步请求转化为异步处理，这是很自然能想到的一种处理方式。相反，在有些场景下也需要将异步处理转化为同步的方式。

首先介绍一下同步调用和异步调用的概念：

同步调用：调用方在调用过程中，持续等待返回结果。
异步调用：调用方在调用过程中，不直接等待返回结果，而是执行其他任务，结果返回形式通常为回调函数。

其实，两者的区别还是很明显的，这里也不再细说，我们主要来说一下Java如何将异步调用转为同步。换句话说，就是需要在异步调用过程中，持续阻塞至获得调用结果。接下来将介绍5种Java并发编程中异步转同步的方法。

使用wait和notify方法
使用条件锁
Future
使用CountDownLatch
使用CyclicBarrier

前置条件：构造一个异步调用

首先，写demo需要先写基础设施，这里是需要构造一个异步调用模型。异步调用类：

import java.util.Random;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.Future;
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public class AsyncCall {

    private Random random = new Random(System.currentTimeMillis());

    private ExecutorService tp = Executors.newSingleThreadExecutor();

    public void call(AbstractBaseDemo demo) {
        new Thread(() -> {
            long res = random.nextInt(10);
            try {
                Thread.sleep(res * 1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
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            demo.callback(res);
        }).start();
    }

    public Future<Long> futureCall() {
        return tp.submit(() -> {
            long res = random.nextInt(10);

            Thread.sleep(res * 1000);
            return res;
        });
    }

    public void shutdown() {
        tp.shutdown();
    }
}

我们主要关心call方法，这个方法接收了一个demo参数，并且开启了一个线程，在线程中执行具体的任务，并利用demo的callback方法进行回调函数的调用。大家注意到了这里的返回结果就是一个[0,10)的长整型，并且结果是几，就让线程sleep多久——这主要是为了更好地观察实验结果，模拟异步调用过程中的处理时间。
至于futureCall和shutdown方法，以及线程池tp都是为了FutureDemo利用Future来实现做准备的。
demo的基类：

public abstract class AbstractBaseDemo {

    protected AsyncCall asyncCall = new AsyncCall();

    public abstract void callback(long response);

    public void call() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "发起调用");
        asyncCall.call(this);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "调用返回");
    }
}

AbstractBaseDemo非常简单，里面包含一个异步调用类的实例，另外有一个call方法用于发起异步调用，当然还有一个抽象方法callback需要每个demo去实现的——主要在回调中进行相应的处理来达到异步调用转同步的目的。

一、使用wait和notify方法

这个方法其实是利用了锁机制，直接贴代码：

public class ObjectWaitLockDemo extends AbstractBaseDemo {

    private final Object lock = new Object();

    @Override
    public void callback(long response) {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "得到结果");
        System.out.println(response);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "调用结束");
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        synchronized (lock) {
            lock.notifyAll();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        ObjectWaitLockDemo demo = new ObjectWaitLockDemo();

        demo.call();

        synchronized (demo.lock) {
            try {
                demo.lock.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "主线程内容");
    }
}

可以看到在发起调用后，主线程利用wait进行阻塞，等待回调中调用notify或者notifyAll方法来进行唤醒。注意，和大家认知的一样，这里wait和notify都是需要先获得对象的锁的。在主线程中最后我们打印了一个内容，这也是用来验证实验结果的，如果没有wait和notify，主线程内容会紧随调用内容立刻打印；而像我们上面的代码，主线程内容会一直等待回调函数调用结束才会进行打印。

没有使用同步操作的情况下，打印结果：

main发起调用
main调用返回
main主线程内容
Thread-0得到结果
7
Thread-0调用结束

而使用了同步操作后：

main发起调用
main调用返回
Thread-0得到结果
3
Thread-0调用结束
main主线程内容

二、使用条件锁

和方法一的原理类似：

import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class ReentrantLockDemo extends AbstractBaseDemo {

    private final Lock lock = new ReentrantLock();
    private final Condition condition = lock.newCondition();

    @Override
    public void callback(long response) {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "得到结果");
        System.out.println(response);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "调用结束");
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        lock.lock();
        try {
            condition.signal();
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        ReentrantLockDemo demo = new ReentrantLockDemo();

        demo.call();

        demo.lock.lock();

        try {
            demo.condition.await();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            demo.lock.unlock();
        }
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        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "主线程内容");
    }
}

基本上和方法一没什么区别，只是这里使用了条件锁，两者的锁机制有所不同。

三、Future

使用Future的方法和之前不太一样，我们调用的异步方法也不一样。

import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.util.concurrent.Future;

public class FutureDemo {

    private AsyncCall asyncCall = new AsyncCall();

    public Future<Long> call() {
        Future<Long> future = asyncCall.futureCall();

        asyncCall.shutdown();

        return future;
    }

    public static void main(String[] args) {
        FutureDemo demo = new FutureDemo();

        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "发起调用");
        Future<Long> future = demo.call();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "返回结果");
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        while (!future.isDone() && !future.isCancelled());

        try {
            System.out.println(future.get());
        } catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "主线程内容");
    }
}

我们调用futureCall方法，方法中会向线程池tp提交一个Callable，然后返回一个Future，这个Future就是我们FutureDemo中call中得到的，得到future对象之后就可以关闭线程池啦，调用asyncCall的shutdown方法。关于关闭线程池这里有一点需要注意，我们回过头来看看asyncCall的shutdown方法：
public void shutdown() {
tp.shutdown();
}
发现只是简单调用了线程池的shutdown方法，然后我们说注意的点，这里最好不要用tp的shutdownNow方法，该方法会试图去中断线程中正在执行的任务；也就是说，如果使用该方法，有可能我们的future所对应的任务将被中断，无法得到执行结果。
然后我们关注主线程中的内容，主线程的阻塞由我们自己来实现，通过future的isDone和isCancelled来判断执行状态，一直到执行完成或被取消。随后，我们打印get到的结果。

四、使用CountDownLatch

使用CountDownLatch或许是日常编程中最常见的一种了，也感觉是相对优雅的一种：

import java.util.concurrent.CountDownLatch;

public class CountDownLatchDemo extends AbstractBaseDemo {

    private final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(1);
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    @Override
    public void callback(long response) {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "得到结果");
        System.out.println(response);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "调用结束");

        countDownLatch.countDown();
    }

    public static void main(String[] args) {
        CountDownLatchDemo demo = new CountDownLatchDemo();

        demo.call();

        try {
            demo.countDownLatch.await();
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "主线程内容");
    }
}

正如大家平时使用的那样，此处在主线程中利用CountDownLatch的await方法进行阻塞，在回调中利用countDown方法来使得其他线程await的部分得以继续运行。
当然，这里和ObjectWaitLockDemo和ReentrantLockDemo中都一样，主线程中阻塞的部分，都可以设置一个超时时间，超时后可以不再阻塞。

五、使用CyclicBarrier

CyclicBarrier的情况和CountDownLatch有些类似：

import java.util.concurrent.BrokenBarrierException;
import java.util.concurrent.CyclicBarrier;

public class CyclicBarrierDemo extends AbstractBaseDemo {
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    private CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(2);

    @Override
    public void callback(long response) {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "得到结果");
        System.out.println(response);
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "调用结束");

        try {
            cyclicBarrier.await();
        } catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    public static void main(String[] args) {

        CyclicBarrierDemo demo = new CyclicBarrierDemo();

        demo.call();

        try {
            demo.cyclicBarrier.await();
        } catch (InterruptedException | BrokenBarrierException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "主线程内容");

    }//加入Java开发交流君样：756584822一起吹水聊天
}

大家注意一下，CyclicBarrier和CountDownLatch仅仅只是类似，两者还是有一定区别的。比如，一个可以理解为做加法，等到加到这个数字后一起运行；一个则是减法，减到0继续运行。一个是可以重复计数的；另一个不可以等等等等。
另外，使用CyclicBarrier的时候要注意两点。第一点，初始化的时候，参数数字要设为2，因为异步调用这里是一个线程，而主线程是一个线程，两个线程都await的时候才能继续执行，这也是和CountDownLatch区别的部分。第二点，也是关于初始化参数的数值的，和这里的demo无关，在平时编程的时候，需要比较小心，如果这个数值设置得很大，比线程池中的线程数都大，那么就很容易引起死锁了。