摘要：隨著的核數的增加，異步編程模型在并發領域中的得到了越來越多的應用，由于是一門函數式語言，天然的支持異步編程模型，今天主要來看一下和中的，帶你走入異步編程的大門。

隨著CPU的核數的增加，異步編程模型在并發領域中的得到了越來越多的應用，由于Scala是一門函數式語言，天然的支持異步編程模型，今天主要來看一下Java和Scala中的Futrue，帶你走入異步編程的大門。

很多同學可能會有疑問，Futrue跟異步編程有什么關系？從Future的表面意思是未來，一個Future對象可以看出一個將來得到的結果，這就和異步執行的概念很像，你只管自己去執行，只要將最終的結果傳達給我就行，線程不必一直暫停等待結果，可以在具體異步任務執行的時候去執行其他操作，舉個例子：

我們現在在執行做飯這么一個任務，它需要煮飯，燒菜，擺置餐具等操作，如果我們通過異步這種概念去執行這個任務，比如煮飯可能需要比較久的時間，但煮飯這個過程又不需要我們管理，我們可以利用這段時間去燒菜，燒菜過程中也可能有空閑時間，我們可以去擺置餐具，當電飯鍋通知我們飯燒好了，菜也燒好了，最后我們就可以開始吃飯了，所以說，上面的“煮飯 -> 飯”，“燒菜 -> 菜”都可以看成一個Future的過程。

在Java的早期版本中，我們不能得到線程的執行結果，不管是繼承Thread類還是實現Runnable接口，都無法獲取線程的執行結果，所以我們只能在線程執行的run方法里去做相應的一些業務邏輯操作，但隨著Java5的發布，它為了我們帶來了Callable和Future接口，我們可以利用這兩個接口的特性來獲取線程的執行結果。

通俗的講，Callable接口也是一個線程執行類接口，那么它跟Runnable接口有什么區別呢？我們先來看看它們兩個的定義：

1.Callable接口：

@FunctionalInterface
public interface Callable {
    /**
     * Computes a result, or throws an exception if unable to do so.
     *
     * @return computed result
     * @throws Exception if unable to compute a result
     */
    V call() throws Exception;
}

2.Runnable接口：

@FunctionalInterface
public interface Runnable {
    public abstract void run();
}

從上面的定義，我們可以看出，兩者最大的區別就是對應的執行方法是否有返回值。Callable接口中call方法具有返回值，這便是為什么我們可以通過Callable接口來得到一個線程執行的返回值或者是異常信息。

上面說到既然Callable接口能返回線程執行的結果，那么為什么還需要Future接口呢？因為Callable接口執行的結果只是一個將來的結果值，我們若是需要得到具體的結果就必須利用Future接口，另外Callable接口需要委托ExecutorService的submit提交任務去執行，我們來看看它是如何定義的：

  Future submit(Callable task);
 
 public  Future submit(Callable task) {
        if (task == null) throw new NullPointerException();
        RunnableFuture ftask = newTaskFor(task);
        execute(ftask);
        return ftask;
    }
 

從submit的方法定義也可以看出它的返回值是一個Future接口類型的值，這里其實是RunnableFuture接口，這是一個很重要的接口，我們來看一下它的定義：

public interface RunnableFuture extends Runnable, Future {
    /**
     * Sets this Future to the result of its computation
     * unless it has been cancelled.
     */
    void run();
}

這個接口分別繼承了Runnable和Future接口，而FutureTask又實現了RunnableFuture接口，它們之間的關系：

RunnableFuture有以下兩個特點：

繼承Runnable接口，還是以run方法作為線程執行入口，其實上面submit方法的具體實現也可以看出，一個Callable的Task再執行的時候會被包裝成RunnableFuture，然后以FutureTask作為實現類，執行FutureTask時，還是執行其的run方法，只不過run方法里面的業務邏輯是由我們定義的call方法的內容，當然再執行run方法時，程序會自動將call方法的執行結果幫我們包裝起來，對外部表現成一個Future對象。

繼承Future接口，通過實現Future接口中的方法更新或者獲取線程的的執行狀態，比如其中的cancel(),isDone(),get()等方法。

下面是一個簡單的Future示例，我們先來看一下代碼：

ExecutorService es = Executors.newSingleThreadExecutor();
Future f = es.submit(() -> {
        System.out.println("execute call");
        Thread.sleep(1000);
        return 5;
    });
try {
    System.out.println(f.isDone()); //檢測任務是否完成
    System.out.println(f.get(2000, TimeUnit.MILLISECONDS));
    System.out.println(f.isDone()); //檢測任務是否完成
} catch (InterruptedException e) {
    e.printStackTrace();
} catch (ExecutionException e) {
    e.printStackTrace();
} catch (TimeoutException e) {
    e.printStackTrace();
}

上面的代碼使用了lambda表達式，有興趣的同學可以自己去了解下，這里我們首先構建了一個ExecutorService，然后利用submit提交執行Callable接口的任務。

為什么是Callable接口呢？ 其實這里我們并沒有顯示聲明Callable接口，這里lambda會幫我們自動進行類型推導，首先submit接受Callable接口或Runnble接口類型作為參數，而這里我們又給定了返回值，所以lambda能自動幫我們推導出內部是一個Callable接口參數。

到這里我們應該大致清楚了在Java中的得到Future，那么我們又是如何從Future中得到我們想要的值呢？這個結論其實很容易得出，你只需要去跑一下上面的程序即可，在利用get去獲取Future中的值時，線程會一直阻塞，直到返回值或者超時，所以Future中的get方法是阻塞，所以雖然利用Future似乎是異步執行任務，但是在某些需求上還是會阻塞的，并不是真正的異步，stackoverflow上有兩個討論說明了這個問題Future.get，without blocking when task complete，有興趣的同學可以去看看。

Scala中的Future相對于Java的Future有什么不同呢？我總結了一下幾點：

異步編程作為函數式語言的一大優勢，Scala對于Future的支持也是非常棒的，首先它也提供了Futrue接口，但不同的是我們在構建Future對象是不用像Java一樣那么繁瑣，并且非常簡單，舉個例子：

import scala.concurrent._ 
import ExecutionContext.Implicits.global 

val f: Future[String] = Future { "Hello World!" }

是不是非常簡單，也大大降低了我們使用Future的難度。

前面我們也說到，Java中的Future并不是全異步的，當你需要Future里的值的時候，你只能用get去獲取它，亦或者不斷訪問Future的狀態，若完成再去取值，但其意義上便不是真正的異步了，它在獲取值的時候是一個阻塞的操作，當然也就無法執行其他的操作，直到結果返回。

但在Scala中，我們無需擔心，雖然它也提供了類似Java中獲取值的方式，比如：

但是我們并不推薦這么做，因為這么做又回到了Java的老路上了，在Scala中我們可以利用Callback來獲取它的結果：

val fut = Future {
    Thread.sleep(1000)
    1 + 1
}

fut onComplete {
    case Success(r) => println(s"the result is ${r}")
    case _ => println("some Exception")
}

println("I am working")
Thread.sleep(2000)

這是一個簡單的例子，Future在執行完任務后會進行回調，這里使用了onComplete，也可以注冊多個回調函數，但不推薦那么做，因為你不能保證這些回調函數的執行順序，其他的一些回調函數基本都是基于onComplete的，有興趣的同學可以去閱讀一下Future的源碼。

我們先來看一下它的運行結果:

I am working
the result is 2

從結果中我們可以分析得出，我們在利用Callback方式來獲取Future結果的時候并不會阻塞，而只是當Future完成后會自動調用onComplete，我們只需要根據它的結果再做處理即可，而其他互不依賴的操作可以繼續執行不會阻塞。

前面我們講的較多的都是單個Future的情況，但是在真正實際應用時往往會遇到多個Future的情況，那么在Scala中是如何處理這種情況的呢？

Scala中的有多種方式來組合Future,那我們就來看看這些方式吧。

1.flatMap

我們可以利用flatMap來組合多個Future，不多說，先上代碼：

val fut1 = Future {
    println("enter task1")
    Thread.sleep(2000)
    1 + 1
}

val fut2 = Future {
    println("enter task2")
    Thread.sleep(1000)
    2 + 2
}

fut1.flatMap { v1 =>
    fut2.map { v2 =>
      println(s"the result is ${v1 + v2}")
    }
}
Thread.sleep(2500)

利用flatMap確實能組合Future，但代碼的閱讀性實在是有點差，你能想象5個甚至10個map層層套著么，所以我們并不推薦這么做，但是我們需要了解這種方式，其他簡潔的方式可能最終轉化成的版本也許就是這樣的。

2.for yield表達式

我們只是把上面關于flatMap的代碼替換一下，看下面：

for {
    v1 <- fut1
    v2 <- fut2
} yield println(s"the result is ${v1 + v2}")

看上去是不是比之前的方式簡潔多了，這也是我們在面對Future組合時推薦的方式，當然不得不說for yield表達式是一種語法糖，它最終還是會被翻譯成我們常見的方法，比如flatMap，map，filter等，感興趣的可以參考它的官方文檔。for yield表達式

總的來說Scala中的Future確實強大，在實現真正異步的情況下，為我們提供許多方便而又簡潔的操作模式，其實比如還有Future.reduce()，Future.traverse(),Future.sequence()等方法，這些方法的具體功能和具體使用這里就不講了，但相關的示例代碼都會在我的示例工程里，有興趣的同學可以去跑跑加深理解。源碼鏈接

這篇文章主要講解了JVM生態上兩大語言Java和Scala在異步編程上的一些表現，這里主要是Future機制，在清楚明白它的概念后，我們才能寫出更好的程序，雖然本篇文章沒有涉及到Akka相關的內容，但是Akka本身是用Scala寫的，而且大量使用了Scala中的Future，相信通過對Future的學習，對Akka的理解會有一定的幫助。