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【Akka】在并发程序中使用Future

引言

在Akka中, 一个 Future 是用来获取某个并发操作的结果的数据结构。这个操作通常是由Actor执行或由Dispatcher直接执行的. 这个结果可以以同步（阻塞）或异步（非阻塞）的方式访问。

Future提供了一种简单的方式来执行并行算法。

Future直接使用

Future中的一个常见用例是在不需要使用Actor的情况下并发地执行计算。Future有两种使用方式：

阻塞方式（Blocking）：该方式下，父actor或主程序停止执行知道所有future完成各自任务。通过 scala.concurrent.Await 使用。
非阻塞方式（Non-Blocking），也称为回调方式（Callback）：父actor或主程序在执行期间启动future，future任务和父actor并行执行，当每个future完成任务，将通知父actor。通过 onComplete 、 onSuccess 、 onFailure 方式使用。

执行上下文（ExecutionContext）

为了运行回调和操作，Futures需要有一个 ExecutionContext 。

如果你在作用域内有一个 ActorSystem ，它会它自己派发器用作ExecutionContext，你也可以用ExecutionContext伴生对象提供的工厂方法来将Executors和ExecutorServices进行包裹，或者甚至创建自己的实例。

通过导入 ExecutionContext.Implicits.global 来导入默认的全局执行上下文。你可以把该执行上下文看做是一个线程池，ExecutionContext是在某个线程池执行任务的抽象。

如果在代码中没有导入该执行上下文，代码将无法编译。

阻塞方式

第一个例子展示如何创建一个future，然后通过阻塞方式等待其计算结果。虽然阻塞方式不是一个很好的用法，但是可以说明问题。这个例子中，通过在未来某个时间计算1+1，当计算结果后再返回。

importscala.concurrent.{Await,Future} importscala.concurrent.duration._ importscala.concurrent.ExecutionContext.Implicits.global  objectFutureBlockDemoextendsApp{  implicit val baseTime = System.currentTimeMillis   // create a Future  val f = Future{ Thread.sleep(500) 1+1  }  // this isblocking(blockingisbad)  val result=Await.result(f,1second)  // 如果Future没有在Await规定的时间里返回,  // 将抛出java.util.concurrent.TimeoutException  println(result) Thread.sleep(1000) }

代码解释：

在上面的代码中，被传递给Future的代码块会被缺省的 Dispatcher 所执行，代码块的返回结果会被用来完成 Future 。与从Actor返回的Future不同，这个Future拥有正确的类型, 我们还避免了管理Actor的开销。
Await.result 方法将阻塞1秒时间来等待Future结果返回，如果Future在规定时间内没有返回，将抛出 java.util.concurrent.TimeoutException 异常。
通过导入 scala.concurrent.duration._ ，可以用一种方便的方式来声明时间间隔，如 100 nanos ， 500 millis ， 5 seconds 、 1 minute 、 1 hour ， 3 days 。还可以通过 Duration(100, MILLISECONDS) ， Duration(200, "millis") 来创建时间间隔。

非阻塞方式（回调方式）

有时你只需要监听 Future 的完成事件，对其进行响应，不是创建新的Future，而仅仅是产生副作用。

通过 onComplete , onSuccess , onFailure 三个回调函数来异步执行Future任务，而后两者仅仅是第一项的特例。

使用onComplete的代码示例：

importscala.concurrent.{Future} importscala.concurrent.ExecutionContext.Implicits.global importscala.util.{Failure, Success} importscala.util.Random  objectFutureNotBlockextendsApp{  println("starting calculation ...") valf = Future {  Thread.sleep(Random.nextInt(500)) 42  }   println("before onComplete")  f.onComplete{ caseSuccess(value) => println(s"Got the callback, meaning = $value") caseFailure(e) => e.printStackTrace  }  // do the rest of your work  println("A ...")  Thread.sleep(100)  println("B ....")  Thread.sleep(100)  println("C ....")  Thread.sleep(100)  println("D ....")  Thread.sleep(100)  println("E ....")  Thread.sleep(100)   Thread.sleep(2000) }

使用onSuccess、onFailure的代码示例：

importscala.concurrent.{Future} importscala.concurrent.ExecutionContext.Implicits.global importscala.util.{Failure, Success} importscala.util.Random  objectTest12_FutureOnSuccessAndFailureextendsApp{ valf = Future {  Thread.sleep(Random.nextInt(500)) if(Random.nextInt(500) >250)thrownewException("Tikes!")else42  }   f onSuccess { caseresult => println(s"Success: $result")  }   f onFailure { caset => println(s"Exception: ${t.getMessage}")  }  // do the rest of your work  println("A ...")  Thread.sleep(100)  println("B ....")  Thread.sleep(100)  println("C ....")  Thread.sleep(100)  println("D ....")  Thread.sleep(100)  println("E ....")  Thread.sleep(100)   Thread.sleep(1000) }

代码解释：

上面两段例子中，Future结构中随机延迟一段时间，然后返回结果或者抛出异常。

然后在回调函数中进行相关处理。

创建返回Future[T]的方法

先看一下示例：

importscala.concurrent.{Await,Future, future} importscala.concurrent.ExecutionContext.Implicits.global importscala.util.{Failure,Success}  objectReturnFutureextendsApp{  implicit val baseTime = System.currentTimeMillis   // `future` methodisanother way to create a future  // Itstarts the computation asynchronouslyandretures aFuture[Int] that  // will hold the resultofthe computation.  def longRunningComputation(i: Int):Future[Int] = future { Thread.sleep(100)  i + 1  }   // this does notblock  longRunningComputation(11).onComplete { caseSuccess(result) => println(s"result = $result") caseFailure(e) => e.printStackTrace  }   // keep the jvm fromshutting down Thread.sleep(1000) }

代码解释：

上面代码中的longRunningComputation返回一个 Future[Int] ，然后进行相关的异步操作。

其中 future 方法是创建一个future的另一种方法。它将启动一个异步计算并且返回包含计算结果的 Future[T] 。

Future用于Actor

通常有两种方法来从一个Actor获取回应: 第一种是发送一个消息 actor ! msg ，这种方法只在发送者是一个Actor时有效；第二种是通过一个Future。

使用Actor的 ? 方法来发送消息会返回一个Future。要等待并获取结果的最简单方法是:

importscala.concurrent.Await importakka.pattern.ask importscala.concurrent.duration._ importakka.util.Timeout  implicit val timeout = Timeout(5seconds) val future = actor ? msg val result=Await.result(future, timeout.duration).asInstanceOf[String]

下面是使用 ? 发送消息给actor，并等待回应的代码示例：

importakka.actor._ importakka.pattern.ask importakka.util.Timeout importscala.concurrent.{Await, Future} importscala.language.postfixOps importscala.concurrent.duration._  caseobjectAskNameMessage  classTestActorextendsActor{ defreceive = { caseAskNameMessage =>// respond to the 'ask' request  sender ! "Fred" case_ => println("that was unexpected")  } } objectAskDemoextendsApp{ //create the system and actor valsystem = ActorSystem("AskDemoSystem") valmyActor = system.actorOf(Props[TestActor], name="myActor")  // (1) this is one way to "ask" another actor for information  implicit valtimeout = Timeout(5seconds) valfuture = myActor ? AskNameMessage valresult = Await.result(future, timeout.duration).asInstanceOf[String]  println(result)  // (2) a slightly different way to ask another actor for information valfuture2: Future[String] = ask(myActor, AskNameMessage).mapTo[String] valresult2 = Await.result(future2,1second)  println(result2)   system.shutdown }

代码解释：

Await.result(future, timeout.duration).asInstanceOf[String] 会导致当前线程被阻塞，并等待actor通过它的应答来完成 Future 。但是阻塞会导致性能问题，所以是不推荐的。致阻塞的操作位于 Await.result 和 Await.ready 中，这样就方便定位阻塞的位置。
还要注意actor返回的Future的类型是 Future[Any] ，这是因为actor是动态的。这也是为什么上例中注释(1)使用了 asInstanceOf 。
在使用非阻塞方式时，最好使用 mapTo 方法来将Future转换到期望的类型。如果转换成功， mapTo 方法会返回一个包含结果的新的 Future，如果不成功，则返回 ClassCastException 异常。