Java异步调用转同步的方法

先来说一下对异步和同步的理解：

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。
不卖关子，先列出五种方法，然后一一举例说明：

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

1.构造一个异步调用

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

public class AsyncCall {

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

  private ExecutorService tp = Executors.newSingleThreadExecutor();

  //demo1,2,4,5调用方法
  public void call(BaseDemo demo){

    new Thread(()->{
      long res = random.nextInt(10);

      try {
        Thread.sleep(res*1000);
      } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
      }

      demo.callback(res);
    }).start();

  }

  //demo3调用方法
  public Future<Long> futureCall(){

    return tp.submit(()-> {
      long res = random.nextInt(10);

      try {
        Thread.sleep(res*1000);
      } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
      }
      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demo3利用Future来实现做准备的。
demo的基类:

public abstract class BaseDemo {

  protected AsyncCall asyncCall = new AsyncCall();

  public abstract void callback(long response);

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

}

BaseDemo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。

2. 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 Demo1 extends BaseDemo{

  private final Object lock = new Object();

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

    synchronized (lock) {
      lock.notifyAll();
    }

  }

  public static void main(String[] args) {

    Demo1 demo1 = new Demo1();

    demo1.call();

    synchronized (demo1.lock){
      try {
        demo1.lock.wait();
      } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
      }
    }

    System.out.println("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：

发起调用
调用返回
主线程内容
得到结果
1
调用结束

而使用了同步操作后：

发起调用
调用返回
得到结果
9
调用结束
主线程内容

3. 使用条件锁

和方法一的原理类似：

public class Demo2 extends BaseDemo {

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

  @Override
  public void callback(long response) {

    System.out.println("得到结果");
    System.out.println(response);
    System.out.println("调用结束");
    lock.lock();
    try {
      con.signal();
    }finally {
      lock.unlock();
    }

  }

  public static void main(String[] args) {

    Demo2 demo2 = new Demo2();

    demo2.call();

    demo2.lock.lock();

    try {
      demo2.con.await();
    } catch (InterruptedException e) {
      e.printStackTrace();
    }finally {
      demo2.lock.unlock();
    }
    System.out.println("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。

4. 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。

public class Demo3{

  private AsyncCall asyncCall = new AsyncCall();

  public Future<Long> call(){

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

    asyncCall.shutdown();

    return future;

  }

  public static void main(String[] args) {

    Demo3 demo3 = new Demo3();

    System.out.println("发起调用");
    Future<Long> future = demo3.call();
    System.out.println("返回结果");

    while (!future.isDone() && !future.isCancelled());

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

    System.out.println("主线程内容");

  }
}

我们调用futureCall方法，方法中会想线程池tp提交一个Callable，然后返回一个Future，这个Future就是我们demo3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。

5. 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：

public class Demo4 extends BaseDemo{

  private final CountDownLatch countDownLatch = new CountDownLatch(1);

  @Override
  public void callback(long response) {

    System.out.println("得到结果");
    System.out.println(response);
    System.out.println("调用结束");

    countDownLatch.countDown();

  }

  public static void main(String[] args) {

    Demo4 demo4 = new Demo4();

    demo4.call();

    try {
      demo4.countDownLatch.await();
    } catch (InterruptedException e) {
      e.printStackTrace();
    }

    System.out.println("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demo1和demo2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。

6. 使用CyclicBarrier

CyclicBarrier的情况和CountDownLatch有些类似：

public class Demo5 extends BaseDemo{

  private CyclicBarrier cyclicBarrier = new CyclicBarrier(2);

  @Override
  public void callback(long response) {

    System.out.println("得到结果");
    System.out.println(response);
    System.out.println("调用结束");

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

  }

  public static void main(String[] args) {

    Demo5 demo5 = new Demo5();

    demo5.call();

    try {
      demo5.cyclicBarrier.await();
    } catch (InterruptedException e) {
      e.printStackTrace();
    } catch (BrokenBarrierException e) {
      e.printStackTrace();
    }

    System.out.println("主线程内容");

  }
}

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。

总结

综上，就是本次需要说的几种方法了。事实上，所有的方法都是同一个原理，也就是在调用的线程中进行阻塞等待结果，而在回调中函数中进行阻塞状态的解除。

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