详解Java中异步转同步的六种方法

目录

• 一、问题
• 应用场景
• 二、分析
• 三、实现方法
• 1.轮询与休眠重试机制
• 2.wait/notify
• 3.Lock Condition
• 4.CountDownLatch
• 5.CyclicBarrier
• 6.LockSupport

一、问题

应用场景

应用中通过框架发送异步命令时，不能立刻返回命令的执行结果，而是异步返回命令的执行结果。

那么，问题来了，针对应用中这种异步调用，能不能像同步调用一样立刻获取到命令的执行结果，如何实现异步转同步？

二、分析

首先，解释下同步和异步

• 同步，就是发出一个调用时，在没有得到结果之前，该调用就不返回或继续执行后续操作。
• 异步，当一个异步过程调用发出后，调用者在没有得到结果之前，就可以继续执行后续操作。当这个调用完成后，一般通过状态、通知和回调来通知调用者。

对于异步调用，调用的返回并不受调用者控制。

异步转同步主要实现思路：所有实现原理类似，是在发出调用的线程中进行阻塞等待结果，调用完成后通过回调、设置共享状态或通知进行阻塞状态的解除，继续执行后续操作。

三、实现方法

通常，实现中，不会无限的等待，一般会设定一个超时时间，具体超时时间根据具体场景确定。

下面以回调的方式介绍几种常用实现异步转同步的方法：

1.轮询与休眠重试机制

采用轮询与休眠重试机制，线程将反复在休眠和测试状态条件中之间切换，直到超时或者状态条件满足继续向下执行。这种方式，超时时间控制不准确，sleep时间需要在响应性和CPU使用率之间进行权衡。

private static long MILLIS_OF_WAIT_TIME = 300000L;// 等待时间 5分钟
private final Object lock = new Object();

//3.结果返回后进行回调，解除阻塞
@Override
public void callback(AsynResponse response){
    synchronized(lock){
        //设置状态条件
}

public Result getResult() throws ErrorCodeException {
// 1.异步调用

// 2.阻塞等待异步响应
    long future = System.currentTimeMillis() + MILLIS_OF_WAIT_TIME;
    long remaining = MILLIS_OF_WAIT_TIME;//剩余等待时间
    while(remaining > 0){
        synchronized(lock){
            if(状态条件未满足){
                remaining = future - System.currentTimeMillis();
                Thread.sleep(时间具体场景确定)；
            }
        }
````}

//4.超时或结果正确返回，对结果进行处理

    return result;
}

2.wait/notify

任意一个Java对象，都拥有一组监视器方法（wait、notify、notifyAll等方法），这些方法和synchronized同步关键字配合，可以实现等待/通知模式。但是使用wait/notify，使线程的阻塞/唤醒对线程本身来说是被动的，要准确的控制哪个线程是很困难的，所以是要么随机唤醒等待在条件队列上一个线程（notify），要么唤醒所有的（notifyAll，但是很低效）。当多个线程基于不同条件在同一条件队列上等待时，如果使用notify而不是notifyAll，很容易导致信号丢失的问题，所以必须谨慎使用wait/notify方法。

private static long MILLIS_OF_WAIT_TIME = 300000L;// 等待时间 5分钟
private final Object lock = new Object();

//3.结果返回后进行回调，解除阻塞
@Override
public void callback(AsynResponse response){
    synchronized(lock){
        lock.notifyAll();
}

public Result getResult() throws ErrorCodeException {
	// 1.异步调用

	// 2.阻塞等待异步响应
    long future = System.currentTimeMillis() + MILLIS_OF_WAIT_TIME;
    long remaining = MILLIS_OF_WAIT_TIME;//剩余等待时间
    synchronized(lock){
        while(条件未满足  && remaining > 0){ //被通知后要检查条件
            lock.wait(remaining);
            remaining = future - System.currentTimeMillis();
        }
````}

	//4.超时或结果正确返回，对结果进行处理
    return result;
}

3.Lock Condition

使用Lock的Condition队列的实现方式和wait/notify方式类似,但是Lock支持多个Condition队列，并且支持等待状态中响应中断。

private static long SECONDS_OF_WAIT_TIME = 300L;// 等待时间 5分钟
private final Lock lock = new ReentrantLock();
private final Condition condition = lock.newCondition();

//3.结果返回后进行回调，解除阻塞
@Override
public void callback(AsynResponse response){
    lock.lock();//这是前提
    try {
        condition.signal();
    }finally {
        lock.unlock();
    }
}

public Result getResult() throws ErrorCodeException {
	// 1.异步调用
	// 2.阻塞等待异步响应
    lock.lock();//这是前提
    try {
        condition.await();
    } catch (InterruptedException e) {
        //TODO
    }finally {
        lock.unlock();
    }
	//4.超时或结果正确返回，对结果进行处理
    return result;
}

4.CountDownLatch

使用CountDownLatch可以实现异步转同步，它好比计数器，在创建实例CountDownLatch对象的时候传入数字，每使用一次 countDown() 方法计数减1，当数字减到0时， await()方法后的代码将可以执行，未到0之前将一直阻塞等待。

private static long SECONDS_OF_WAIT_TIME = 300L;// 等待时间 5分钟
private final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(1);

//3.结果返回后进行回调，解除阻塞
@Override
public void callback(AsynResponse response){
    countDownLatch.countDown();
}

public Result getResult() throws ErrorCodeException {
    // 1.异步调用

    // 2.阻塞等待异步响应
    try {
        countDownLatch.await(SECONDS_OF_WAIT_TIME, TimeUnit.SECONDS);
    } catch (InterruptedException e) {
        //TODO
    }
	//4.超时或结果正确返回，对结果进行处理
    return result;
}

5.CyclicBarrier

让一组线程达到一个屏障（也可以叫同步点）时被阻塞，直到等待最后一个线程到达屏障时，屏障才开门，所有被屏障拦截的线程才会继续执行。

每个线程通过调用await方法告诉CyclicBarrier我已经到达了屏障，然后当前的的线程被阻塞。

private static long SECONDS_OF_WAIT_TIME = 300L;// 等待时间 5分钟
private final CountDownLatch cyclicBarrier= new CyclicBarrier(2);//设置屏障拦截的线程数为2

//3.结果返回后进行回调，解除阻塞
@Override
public void callback(AsynResponse response){
    //我也到达屏障了，可以开门了
    cyclicBarrier.await();
}

public Result getResult() throws ErrorCodeException {
    // 1.异步调用
    // 2.阻塞等待异步响应
    try {
        //我到达屏障了，还没开门，要等一等
        cyclicBarrier.await(SECONDS_OF_WAIT_TIME, TimeUnit.SECONDS);
    } catch (InterruptedException e) {
        //TODO
    }
	//4.超时或结果正确返回，对结果进行处理
    return result;
}

CountDownLatch和CyclicBarrier实现类似，区别是CountDownLatch的计数器只能使用一次，而CyclicBarrier的计数器可以使用reset重置，

所以CyclicBarrier能处理更为复杂的业务场景。在异步转同步中，计数器不会重用，所以使用CountDownLatch实现更适合。

6.LockSupport

LockSupport定义了一组公共静态方法，提供了最基本的线程阻塞和唤醒的方法。

private static long NANOS_OF_WAIT_TIME = 300000000L;// 等待时间 5分钟
private final LockSupport lockSupport = new LockSupport();

//3.结果返回后进行回调，解除阻塞
@Override
public void callback(AsynResponse response){
    lockSupport.unpark();
}

public Result getResult() throws ErrorCodeException {
    // 1.异步调用

    // 2.阻塞等待异步响应
    try {
        lockSupport.parkNanos(NANOS_OF_WAIT_TIME);
    } catch (InterruptedException e) {
        //TODO
    }
	//4.超时或结果正确返回，对结果进行处理
    return result;

}

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